SU1659493A1 - Способ раскислени и легировани низкоуглеродистой ванадийсодержащей электростали - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к черной металлургии , конкретно к производству качественных ванадийсодержащих сталей. Цель изобретени  - повышение степени десуль- фурации и раскисленности, хладостойкости и усталостной прочности стали. Способ включает расплавление шихты, удаление окислительного шлака, раскисление ванадиевым ферросилицием, содержащим титан в количестве 2,5-4,0%, и углеродом в количестве 8-12 и 1,0-1,7 кг/т металла соответственно . Окончательное раскисление и легирование осуществл ют через 25-40 мин при 1610-1650°С ванадиевым ферросилицием в количестве 3-5 кг/т металла. 3 табл.

Description

Изобретение относитс  к черной металлургии и машиностроению, конкретно к производству в основных электропечах качественных ванадийсодержащих сталей дл  ответственных литых деталей, например деталей транспортных средств.

Цель изобретени  - повышение степени десульфурации и раскислени , хладо- стойкости и усталостной прочности стали.

В основной дуговой электропечи выплавл ют сталь марки 20ГФЛ методом окис- лени  примесей, предусматривающим расплавление шихты, окисление примесей, удаление окислительного и образование восстановительного шлака, предварительное и окончательное раскисление металла хремнийванадиевым сплавом. При раскислении и легировании стали по известному способу за 17 мин до выпуска присаживают в печь 4,75 кг/т стали (50% от-общего расчетного количества лигатуры - 9,5 кг/т), фер- росиликованади . содержащего, мас.%: кремний 35, ванадий 12, железо и примеси остальное, при отношении ванади  к кремнию 12:35 0,34, остальные 50% ферро- силикованади  ввод т в ковш. Ферросиликованадий указанного состава получают силикотермическим восстановлением ванадиевого конвертерного шлака и п тиокиси ванади  в дуговой электропечи сталеплавильного типа.

При раскислении и легировании стали по предлагаемому способу после удалени  окислительного шлака в печь ввод т ванадиО

ел

0

J ч со

евый ферросилиций и порошок кокса в заданных количествах и после регламентированной выдержки и нагрева до требуемой температуры осуществл ют окончательное раскисление ванадиевым ферросилицием в заданном количестве (3-5 кг/т металла). Дл  раскислени  и легировани  примен ют ванадиевый ферросилиций марки ФС40Вд, производимый из ванадиевого конвертерного шлака карботермическим способом, содержащий, мас.% кремний 41,3; ванадий 7,1; марганец 4,9; титан 3,05; остальное железо , при соотношении ванади  к кремнию 0,17. Состав ФС40Вд, мас.%: кремний 30- 42; ванадий 6,5-8,0; марганец 4-6; титан 2,5-4,0, железо остальное.

Исследованы различные варианты способа раскислени  и легировани  стали с предлагаемыми и запредельными значени ми параметров способа.

В табл.1 приведены параметры раскислени  и легировани  стали по известному и предлагаемому способам.

Из разливочного ковша отбирают пробы дл  определени  химического состава стали и заливают трефовидные пробы по ГОСТ 977-75, из которых после нормализации при 930-940°С изготавливают образцы дл  определени  механических и экдплуата- ционных свойств. Ударную в зкость (КСИ) определ ют на образцах I типа по ГОСТ 9454-78 в интервале температур от +20°С до -60°С. Хладостойкость стали характеризуетс  значени ми ударной в зкости при отрицательных температурах. Усталостную прочность исследуют на цилиндрических образцах по ГОСТ 9860-65. Используют гладкие образцы I типа диаметром в рабочей части 7,5 мм и образцы с надрезом IV типа. Радиусы дл  надрезки (р) прин ты равными 0,75, 0,5 и 0,25 мм. Испытани  образцов провод т на машине МУИ-6000 при симметричном цикле нагружени  с определением предела выносливости на базе 107 циклов. Изучение количества и состава оксидных неметаллических включений провод т с помощью химического анализа электролитически выделенного оксидного осадка. Содержание кислорода и азота в металле определ ют на газоанализаторах при1650и2400°С.

В табл.2 показан химический состав стали и концентрации примеси и газов,

Приведенные в табл.2 результаты показывают , что при использовании дл  легировани  и раскислени  стали ванадиевого ферросилици  и кокса в соответствии с предлагаемым способом (варианты 3-5,7,8) концентраци  серы и кислорода значительно ниже, чем в металле, раскисленном и

легированном по известному способу (вариант 1). Это обусловлено благотворным воздействием повышенного кремни  и титана на св зывание кислорода в процессе выдержки гор чего металла после предварительного раскислени  в течение 25-40 мин. Об интенсивном характере процесса седиментации неметаллических включений свидетельствуют также результаты химического

0 анализа оксидного осадка. В стали в вариантах 3-5, 7, 8 количество оксидных включений составл ет 0,011-0,015%, тогда как в стали, обработанной по известному способу , - 0,0211%. В последнем случае это в

5 основном неблагопри тные остроугольные частицы корунда а-А1аОз, тогда как в вариантах 3-5,7,8 оксиды представлены ком- плексными сфероидизированными алюмосиликатами, где концентраци  окис0 лов кремни  значительно выше и составл ет 14-24%. В этих вариантах стали содержани  окислов железа, кальци  и магни  очень малы. Высокой степени десульфурации металла , раскисленного и легированного по

5 предлагаемому способу, в немалой степени способствует получение хорошо раскисленного присадками ванадиевого ферросилици  и кокса высокоосновного шлака с малой концентрацией окислов железа и марганца,

0 обеспечивающего интенсивный массопере- нос серы из металла в шлак.

Раскисление и легирование стали по предлагаемому способу с параметрами ниже нижнего предела (вариант 2) не обеспе5 чивают получение металла с малым содержанием примесей из-за недостаточных концентраций кремни  и титана и. в лым протеканием процессов осадочного и диффузионного раскислени  и десульфура0 ции. Содержание оксидов, где преимущественной фазой  вл ютс  частицы корунда, а также окисленность шлака из-за недостатка вводимых компонентов здесь велики.

Раскисление и легирование стали по

5 предлагаемому способу с параметрами выше верхнего предела (вариант 6) в св зи с перегревом металла и удлинением периода выдержки способствуют насыщению металла кислородом и окислению шлаковой фазы.

0 В результате затрудн ютс  процессы десульфурации и раскислени  металла, возрастает угар титана и, в определенной степени, ванади  и кремни . В составе оксидов наблюдаетс  повышенна  концентра5 ци  окис/юв магни , свидетельствующа  о разрушении футеровки, и окислов железа вследствие отмеченного окислени  металла. В табл.3 дана характеристика стали, выплавленной известным и предлагаемым способами.

Приведенные в табл.3 значени  усталостной прочности показывают, что по мере повышени  степени легированности (от варианта 2 до варианта 6) возрастают значени  7-1. В то же врем  предел выносливости на образцах с надрезом у стали, раскисленной и легированной по предлагаемому способу (варианты 3-5,7, 8), снижаетс  по мере увеличени  остроты надреза значительно в меньшей степени, чем у стали, выплавленной по известному способу и в соответствии с вариантами 2 и 6 с запредельными соотношени ми параметров по предлагаемому способу. О большей выносливости стали, полученной по предлагаемому способу, свидетельствуют значени  эффективного коэффициента концентрации напр жений Kfjr У вариантов 3-5,7,8 он возрастает от 1,47- 1,53 до 2,03-2,19, тогда как у стали с запредельными параметрами обработки - от 1,81 до 3,12 (вариант 2) и от 1,67 до 2,74 (вариант 6). У стали, раскисленной и легированной по известному способу, KvS возрастает от 1,77 до 2,99. Вы вленное преимущество предлагаемого способа обусловлено высокой степенью чистоты металла от вредных примесей серы и кислорода в результате интенсивно протекающих процессов раскислени  и десульфурации металла. Повышенное количество неблагопри тных по форме алюмини ,  вл ющихс  концентраторами напр жений в стали, раскисленной и легированной по известному способу (вариант 1) и предлагаемому способу с запредельными параметрами обработки (варианты 2 и 6), определ ют преждевременное разрушение металла при циклических нагрузках, особенно на образцах в поврежденном состо нии (с надрезами ).

Отмеченные негативные особенности использовани  известного и предлагаемого способов раскилени  и легировани  с запредельными параметрами определ ют также низкий уровень хладостойкое™ стали . При использовании предлагаемого способа значени  ударной в зкости при -60°С у стали, обработанной по вариантам 3- 5,7,8, в 2,7-3,1 раза выше, чем в случае обработки по варианту 1(известный способ); в 2,6-2,2 раза выше, чем при раскислении и легировании по варианту 2 и в 1.6-1,8 раза выше, чем при раскислении и легировании по варианту 6. Преимущество предлагаемого способа в этом случае возрастает по мере понижени  температуры испытаний от20°С до -60°С.

Отмеченное повышенное содержание вредных примесей и газов у стали, обработанной в соответствии с вариантами 1,2,6, в

значительной степени определ ют ее низкую хладостойкость в св зи с тем, что образующиес  здесь остроугольные неблагопри тно расположенные частицы

корунда и сульфида марганца  вл ютс  очагами зарождени  микротрещин и хрупкого разрушени  металла при динамических нагрузках , а при использовании предлагаемого способа таких включений

0 значительно меньше. Немаловажно, что предлагаемый способ раскислени  и легировани  обеспечивает получение мелкозернистой структуры основной электростали при аустенитизации благодар  положитель5 ному эффекту воздействи  дисперсных кар- бонидов ванади  и титана, образующихс  в присутствии имеющегос  в металле азота. Полученна  после окончательной термообработки (нормализации) мелкозерниста 

0 ферритоперлитна  структура с дисперсными карбонитридными фазами и небольшим количеством благопри тных неметаллических включений обеспечивает высокую хладостойкость стали, раскисленной и

5 легированной по предлагаемому способу. В случае способа обработки по варианту 2 содержание ванади  и титана недостаточно дл  измельчени  структуры металла, а в случае обработки по варианту 6 степень леги0 рованности излишне высока, что стимулирует образование повышенного количества крупных карбидных и нитриднчх частиц и перелегированности твердого раствора , в результате чего хладостойкость

5 снижаетс . Отсутствие титана при обработке металла по известному способу (вариант 1) также не обеспечивает получение нитридов титана и необходимого измельчени  структуры

0 Ванадиевый ферросилиций, введенный в металл дл  предварительного раскислени  в заданном количестве после удалени  окислительного шлака, благодар  высокому содержанию в нем кремни , а также марган5 ца и титана обеспечивает глубокое комплексное раскисление металла с образованием легкоудал емых неметаллических включений . Хороша  раскисленность металла значительно повышает химическую активность

0 серы, что в совокупности с действием активных элементов-десульфураторов - марганца и титана существенно повышает степень десульфурации стали. Одновременно с предварительным раскислением осуществ5 л етс  также легирование стали ванадием, причем благодар  высокой раскисленности металла в него переходит практически весь ванадий, содержащийс  в ферросилиции. Наличие в электростали повышенного содержани  азота способствует образованию

исперсных нитридных фаз и повышению ладостойкости и выносливости-стали.

Присадка углеродсодержащего материла , например кокса, на образующийс  осовной восстановительный шлак позвол ет в услови х слабоокислительной печной атосферы в электропечи и предварительного раскислени  металла ванадиевым ферросиицием глубоко раскислить шлак за собой бразовани  в шлаке карбида кальци  СаСа, ему способствует достаточна  выдержка и нагрев металла в услови х загерметизированного печного пространства.

В процессе 25-40-минутной выдержки после предварительного раскислени  при нагреве металла до 1610-1650°С происхоит активное взаимодействие легированного хорошо раскисленного металла с высоковосстановительным шлаком, при этом осуществл ютс  дополнительное диффузионное раскисление и десульфураци  металла, а также коагул ци , всплывание и ассимил ци  шлаком оксидных включений, образовавшихс  при предварительном раскислении, и сульфидов марганца и титана , что обеспечивает получение гомогенного расплава, чистого по примес м, и в конечном итоге - высокий уровень характеристик затвердевшего металла.

Окончательное раскисление ванадиевым ферросилицием позвол ет за счет до- полнителького ввода кремни , предохранив металл от вторичного окислени  при выпуске, осуществить модифицирование стали титаном, содержащимс  в легирующем сплаве, и произвести необходимую корректировку химического состава металла. Кроме того, при окончательном раскислении происходит разрушение содержащегос  в шлаке карбида кальци , снижаетс  адгезионное взаимодействие между металлом и шлаком и уменьшаетс  возможность загр знени  металла шлаковыми включени ми,

Параметры предлагаемого способа выплавки определены экспериментально из следующих условий.

Присадка ванадиевого ферросилици  дл  предварительного раскислени  менее 8 кг/т ведет к недостаточной раскисленно- сти металла к большому остаточному содер- жанию кислорода в металле. Это ограничивает возможность образовани  высоковосстановительного шлака, ухудша- ет услови  диффузионного раскислени  и десульфурации стали, повышает ее загр зненность Н.В. и ухудшает свойства. Введение ванадиевого ферросилици  более 12 кг/т приводит к содержанию в стали избыточной концентрации кремни , что отрицательно вли ет на свойства стали, способствует охрупчиванию и исключает возможность получени  должного эффекта при проведении окончательного раскислени  и

легировани  стали, а также интенсифицирует процессы вторичного окислени  компонентов стали с сопутствующим этому процессу увеличением количества Н.В.

Использование дл  предварительного

0 раскислени  углеродсодержащего материала в количестве менее 1,0 кг/т недостаточно дл  полного раскислени  печного шлака, образовани  карбида кальци  и поддержани  за счет этого низкого содержани  в шлаке

5 окислов железа и марганца. Введение углеродсодержащего материала более 1,7 кг/т не создает дополнительного раскисл ющего эффекта, но вызывает значительное науглероживание металла и последующее его

0 охрупчивание.

Выдержка предварительно раскисленного металла под восстановительным шлаком менее 25 мин не обеспечивает достаточно полного протекани  диффузион5 ных процессов раскислени  и десульфурации стали, а также удалени  Н.В. Продолжительность выдержки более 40 мин ведет к ухудшению качества стали вследствие активного разрушени  футеровки ван0 ны, увеличени  в шлаке окислов магни , снижени  в зкости и химической активности шлака, а также возникновению обратимых процессов повторного окислени  металла.

5 Температура окончательного раскислени  менее 1610°С не обеспечивает достаточно быстрого расплавлени  легирующего сплава, примен емого дл  раскислени , и перехода в металл модифи0 цирующего элемента - титана, а также активного рафинирующего взаимодействи  восстановительного шлака с металлом в процессе выпуска его в ковш. При температуре металла более 1650°С вследствие пере5 грева существенно повышаетс  склонность жидкого металла к насыщению газами, за- кристаллизированного металла - к трещи- нообразованию, что отрицательно вли ет на усталостную прочность и хладостойкость

0 стали.

Ввод дл  окончательного раскислени  менее 3 кг/т ванадиевого ферросилици  не обеспечивает содержани  в стали титана в количестве, создающем заметный модифи5 цирующий эффект и защиту металла от вторичного окислени  при выпуске. Присадка более 5 кг/т ванадиевого ферросилици  затрудн ет проплавление накануне выпуска большой массы сплава, преп тствует равномерному распределению компонентов в

расплаве, не создает необходимый модифицирующий и защитный эффект окончательного раскислени ,способствует по влению ликвационных зон в затвердевшем металле.

Таким образом, предлагаемый способ раскислени  и легировани  основной электростали позвол ет получить сталь стабильного химического состава, легированную ванадием и модифицированную титаном, хорошо рафинированную от вредных при- месей и неметаллических включений с получением структуры, содержащей дисперсные карбонитриды, преимущественно ванади  и титана. Последние способствуют измельчению зерна аустенита после нагрева при нормализации и получению дисперсной ферритоперлитной структуры стали. Повышение чистоты металла от оксидных и сульфидных неметаллических фаз,  вл ющихс  очагами хрупкого разрушени  при отрицательных температурах и знакопеременных нагрузках, обеспечивает увеличение хладостойкости и усталостной прочности металла, и в конечном итоге,- повышение надежности и долговечности от-

Claims (1)

1. ветственных литых деталей, особенно при эксплуатации в зонах с холодным климатом. Формула изобретени  Способ раскислени  и легировани  низкоуглеродистой ванадийсодержащей электростали , включающий расплавление шихты, удаление окислительного и наведение восстановительного шлака, предварительное и окончательное раскисление и легирование металла кремнийванадиевым сплавом, отличающийс  тем, что. с целью повышени  степени десульфурации и раскисленно- сти, хладостойкости и усталостной прочности стали, предварительное раскисление и легирование провод т после удалени  окислительного шлака ванадиевым ферросилицией, содержащим титан в количестве 2,5-4,0 мас.%, и углеродсодержащим материалом в количестве 8-12 кг/т жидкого металла и 1,0-1,7 кг/т жидкого металла соответственно , а окончательное раскисление и легирование осуществл ют через 25-40 мин при температуре металла 1610- 1650°С ванадиевым ферросилицием в количестве 3-5 кг/т жидкого металла.

   Таблиц

   Таблица 2

   Продолжение табл. 2