Способ выплавки высокомарганцевой стали

(71) Уральский научнский институт черных исследовательеталлов и Качонту горного тан- В.Жи ент 97 С: ы,ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ канарский завод по ремоборудования(56) Иванова Т.И., Воробьева Г,А.,Беспрозванных А,В, Использование бескремнистого раскисления для повьппенияхладостойкости конструкционных сталей, - В кн.: Прочность конструкций,работающих в условиях низкихтемператур. М. Металлургия, 1985, с.33-35.Смирнов Л.А., Дерябин Ю.А., Филиппенков А,А и др. Производство и использование ванадиевых шлаков, М,;Металлургия, 1985, с.103-106,(54) СПОСОБ ВЬП 1 ЛАВКИ ВЫСОКОМАРГАНЦЕВОЙ СТАЛИ (57) Изобретение относится к металлургии, конкретно к выплавке высоко- марганцевой стали в электропечах, Цель изобретения - повьппение хладостойкости, степени усвоения ванадия и марганца, повьппение уровня и стабильности механических свойств и износостойкости, снижение себестоимости, Сталь обрабатывают силицидами ванадия и.титана при их отношении по массе 1,9-2,1. За 5-15 мин до выпуска в печь с силицидами вводят 65-90 Х всего необходимого количества ванадия, а остальную часть силицидов вво-дят в ковш одновременно с алюминием . Способ позволяет повысить ударную вязкость стали на 547; козффици усвоения ванадия повьппается до а марганца - до 957, 1 з,п, ф-л 2 табл.Изобретение относится к металлургии, а именно к выплавке высокомарганцевой стали в электропечах,Цель изобретения - повьш 1 ение хладостойкости стали, степени усвоенияванадия и марганца, повышение уровняи стабильности механических свойстви иэносостойкости стали, а также снижение ее себестоимости, 10При реализации предлагаемого способа исключается отдельная операциялегирования (и раскисления) сталикремнием. При растворении силициятитана происходит связывание кислорода, находящегося в металле, в первую очередь титаном, сродство к кислороду у которого больше, чем у кремния. Раскисление стали в этом случаеприближается по характеру к схеме 20бескремнистого раскисления, что способствует повышению хладостойкостистали.Обработка стали силицидами титанаспособствует, таким образом, выполнению двух .задач: исключается промежуточное раскисление кремнием, что каки в случае классического бескремнистого раскисления алюминием повышаетхладостойкость стали, а также дости- Зогается требуемая последовательностьв обработке стали в начале титаном,а потом - алюминием, что реализуетположительное влияние титана, какмодификатора.Введение в сталь ванадия в видесилицидов ванадия одновременно с силицидами титана позволяет повыситьстепень усвоения ванадия за счет защиты его от окисления титаном и крем Онием, сродство к кислороду которыхвыше, чем у ванадия При этом легирование стали ванадием и ее предварительное раскисление титаном совмещено во времени и происходит в одних 45и тех же микрообъемах металла, чтоповышает степень усвоения ванадиясталью и повышает стабильность еехимического состава, Это в целом повышает уровень и стабильность механических свойств и износостойкостьстали. Повышение стабильности химического состава стали по ванадию дает возможность осуществлять легирование на нижний предел его марочных концентраций, что способствует экономии легирующих материалов и снижению себестоимости, Поскольку в предлагаемом способе в отличие от прототипа отсутствует поступление в лечь окислов железа, отсутствует и наблюдаемоев прототипе снижение степени усвоениямарганца.Целесообразность использования дляввода в сталь ванадия и титана именносилицидной формы их соединений определяется также воэможностью одновременно с легированием стали ванадием ибескремнистым раскислением титаномпроводить легирование кремнием. В стали 110 Г 13 ФТЛ допускается содержаниекремния 0,3-1,0 Е. Раскисление сталис использованием для этого недорогостоящих силицидов титана позволяетполностью отказаться от использования ферротитана и снизить расход алюминия для раскисления, что также снижает себестоимость стали. Предварительное раскисление стали титаномпрепятствует образованию нитридовалюминия и снижает количество окисловалюминия. Известно, что нитриды алюминия имеют тенденцию к выделению пограницам зерен, снижая хладостойкостьстали. Оксиды алюминия, являющиесяконцентраторами напряжений, такжеснижают хладостойкость стали,Выбор отношения (по массе) силицидов ванадия к силицидам титана впределах 1,9-2,1 определяется необходимостью обеспечения защиты ванадияот окисления и раскисления стали титаном, При отношении, большем 2,1,вводимого в сталь титана оказываетсянедостаточно для защиты ванадия отокисления, что снижает степень егоусвоения сталью. При этом также недостигается требуемая раскисленностьстали, Ввод в сталь силицидов титанав количестве меньшем, чем определяется отношением 1,9, нерационалеи,поскольку при этом дальнейшего за- .метного увеличения коэффициента усвоения ванадия сталью не наблюдается.Ввод силицидов в печь менее чемза 5 мин до выпуска значительно повышает неоднородность расплава из-заотсутствия достаточного времени дляего перемешивания и усреднения. Вводсилицидов ранее чем за 15 мин до выпуска плавки приводит к заметномуокислению титана шлаком в процессепоследующей выдержки.Силициды в печь дают из расчетаввода в метзлл 65-902 всего необходимого количества ванадия. При указанном отношении (по массе) силицидовтана. ванадия к силицидам титана 1,9-2,1 и усвоения титана в печи примерно 607 а в ковше - 757 обеспечивает получение в готовой стали требуемого остаточного содержания титана 0,06- О, 127,Ввод части силицидов в ковш определяется необходимостью получения в стали остаточного содержания титана 0,06-0,127., поскольку в ковше угар титана меньше, чем в печи и более стабиленСилициды ванадия могут быть введены в сталь в чистом виде, в виде смеси со связующим и т.п. Однако наиболее целесообразно введение их в виде лигатуры на основе железа, Кроме того, получение силицидов ванадия и титана наиболее легко и дешево осуществлять, выплавляя лигатуру. Однородность фазового состава лигатуры обеспечивает поступление в металл силицидов ванадия и титана в строго пропорциональном соотношении, что способствует повышению стабильности химического состава стали и ее свойств.Необходимым условием ввода силицидов в металл в виде лигатуры является поддержание соотношения в ней содержаний кремния, ванадия и титана в таких пределах, чтобы весь кремний бып связан в силициды ванадия и тиП р и м е р. Сравнение предлагаемого способа и прототипа осуществляли на основе анализа опытно-промышленных плавок и исследований качества металла, Плавки проводили в электродуговых печах емкостью 5 т, Сталь 110 Г 13 ФТЛ получали методом переплава, Шихта состояла из возврата этой же стали и углеродистого лома. Ферромарганец давали в завалку. При осуществлении предлагаемого способа металл нагревали и раскисляли печной шлак. За 5-15 мин до выпуска плавки в металл вводили силициды в виде лигатуры на основе железа. При обосновании выбранных пределов отношения (по массе) силицидов титана к силицидам ванадия использовали лигатуры, полученные в лабораторных условиях. Во всех остальных случаях применяли лигатуру опытно-промышленной партии производства Кузнецкого ферросплав- ного завода. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 1 ри выплавке стали с использованием способа по прототипу шихтовка неотличалась от описанной выше, Доводку стали по кремнию проводили ферросилицием. Раскисление стали алюминиемпроводили в печи (300-400 г на 1 тстали) и в ковше (300-400 на 1 т стали). Ферротитан вводили в ковш.Хладостойкость стали оценивали позначениям ударной вязкости, определенной при -60 С на образцах 1 типа(ГОСТ 9454-78), Степень усвоения ванадия оценивали по количеству ванадия, вводимого в виде силицидов ванадия, и содержанию ванадия в готовой стали. Аналогичнооценивали степень усвоения марганца, Изменение затрат на легирование и раскисление стали оценивали,учитывая стоимость используемых легирующих материалов (лигатуры, ванадиевого шлака, стандартных ферросплавов и раскислителей). Легирование икорректировку состава стали по марганцу осуществляли на среднемарочнуюего концентрацию. Ванадий при реализации предлагаемого способа вводилииз расчета получения его в стали0,207., а при реализации способа попрототипу - на 0,257. При этом учитывались данные стабильности усвоения ванадия в обоих случаях, полученные в ходе опытно-промьппленного опробования.В табл. 1 приведены сравнительныеданные эффективности предлагаемогоспособа и прототипа и приняты следующие обозначения: К - отношение (помассе) силицидов ванадия к силицидамтитана, вводимых в сталь; и - количество минут до выпуска плавки намомент ввода силицидов в печь; Вколичество ванадия, вводимого в печь(/ от общего вводимого ванадия).Оценку уровня и стабильности механических свойств осуществляли статическим анализом данных 60 опытнопромышленных плавок. Металл 30 плавок был выплавлен по предлагаемомуспособу (при средних значениях параметров плавки), а других - 30 - попрототипу. Уровень и стабильностьзначений износостойкости металлауказанных плавок оценивали по результатам эксплуатационных испытаний отливок (зубья ковшей экскаваторов).Результаты испытаний приведеныв табл, 2,1344783 при этом также вышее. Таблица 1 Коэффициент усвоения сталью Изменение себестоиУдарнаявязкостьсталиКСИЦж/м 2 Примечание мости ле-. гирования ВанаМарганца дия и раскисления стали, руб,/т Предлагаемый способ Ниже нижнегоуровня Кс 1 ф 8 Оф 65 4,30 96 0,60 93 и 10 минВ 7 77. 5,2 98 5,3 Выше верхнегоуровня 4,5 87 Кс 2 2 Оф 50 88 5,0 К 2,0 В, 777. 0,62 97 96 5,1 Таким образом, из представленных данных видно, что применение предлагаемого способа позволяет в сравнении с прототипом повысить хладостой 6 кость стали, коэффициент усвоения ванадия и марганца, повысить уровень и стабильность механических свойств стали и износостойкости, а также снизить ее себестоимость. При этом ударр Оная вязкость КСЦ увеличивается с 0,4 1 до 0,63 МДж/м 2 (среднего значения), т.е. на 54%; коэффициент усвоения ванадия в среднем повышается от 85 до 972, а марганца - с 88 до 957,. Себестоимость легирования и раскисления стали снижается по сравнению с прототипом на 5,13 руб,/т. Средне- квадратические отклонения значений механических свойств стали и стойкос ти зубьев уменьшаются по сравнению с прототипом в среднем в 2 раза, что указывает на повышение стабильности указанных величин. Уровень механических свойств и износостойкости стали 2 Ь Уровень данного Значение параметра плавки парамет) ра Нижний уровень К 1,9 Средний уровень К 2,0 0,63 Верхний уровень Кс 2, 1 0,66 Ниже нижнегоуровня и 3,5 мин 0,57 Нижний уровень и 5 мин 0,63 Средний уровень и 10 мин формула изобретения 1, Способ выплавки высокомарганцевой стали включающий ее доводку по кремнию, легирование ванадием в печи, раскисление и модифицирование алюминием и титаном в ковше, о т л и ч а - ю щ и й с я тем, что, с целью повышения хладостойкости, степени усвоения ванадия и марганца, повышения уровня и стабильности механических свойств и износостойкости, снижения себестоимости, кремний, ванадий и титан вводят в виде силицидов ванадия и титана при отношении их по массе 1,9-2, 1, при этом 65-907 вс.его необходимого количества ванадия вводят с силицидами в печь за 5-15 мин до выпуска плавки, а остальную часть силицидов вводят в ковш одновременно с алюминием.2. Способ по п.1, о т л и ч а ю - щ и й с я тем, что силициды ванадия и титана в сталь вводят в виде лигатуры на основе железа.1344783 Продолжение табл. Примечание Изменение себестоиЗначение параметКоэффициент усвоения сталью Ударнаявязкость Уровень данногопараметра плавки мости лесталиКСИЩж/м ра Вана- Иаргандия ца Верхний уровень и 15 мин 0,72 Выше верхнегоуровня и 17 мин 0,68 88 90 5,0 Ниже нижнегоуровня В 63% 0,64 98 95 5,1 0,65 98 0,62 97 95 0,56 5,0 Вьппе верхнегоуровня В 93% 0,53 96 96 4,5 Прототип 0,41 85 Таблица 2 Способ Временное соОтносиСтойОтносительное тельное противление,ИПа удлинение, % сужение,%0,7 П р и м е ч а н и е. В числителе - средние значения, в знаменателе - среднеквадратические отклонения. ВНИИПИ Заказ 4888/27 Тираж 549 Подписное Произв-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Нижний уровень Вп 55% Средний уровень В 77% Верхний уровень В 90% Пределтекучести гированияи раскисления стали, руб./т костьзубьев, сут Кс 2 фОи 10 мин