Способ получения низколегированной конструкционной стали с содержанием бора 0, 0015 0, 0040 мас.

)5 С 21 С 5/28 МИТЕТОТКРЫТИЯ ГОСУДАРСТВЕННЫИПО ИЗОБРЕТЕНИЯМПРИ ГКНТ СССР 1яау;,. ИСАН ЗОБРЕТЕНИ ЕТЕЛЬСТВУ К АВТОРСКОМ Чебур- микрочество 3, М.9,тны способы вь алей путем леги борсодержащиборсодержащ плавки борсодеррования сплавом и отходами или ми материалами ние относитгии, конкретгированной ельного чугумое изобрете ной металлур ке низколе стали из пред бор. Предполага ся к области че нее, к выпла борсодержа щей на. содержащег жащиборадруги2,(21) 4858521/02(71) Урал ьский науч но-исследовательскийинститут черных металлов и Нижнетагильский металлургический комбинатим, В.И.Ленина(56) Рысс М,А. Производство ферросплавов,- М 1968.Пискова В.П, Масленников С.Вко В,В, Влияние способа выплавки илегирования РЗМ и бором на канизкоуглеродистой стали. Сталь, 198с.32 - 35,Смирнов Л.А., Винокуров В,Г. Поведение бора при окислительной плавке борсодержащего чугуна, Труды Уральскогонаучно-исследовательского института черных металлов. Свердловск, 1984, с.79 - 82.Гольдштейн Я,Е., Мизин В.Г. Модифицирование и микролегирование чугуна истали, - М.: Металлургия, 1986, 271 с, с илл.Карапетьянц М,ХДракин С,И, Общая инеорганическая химия. - М,: Химия, 1981,с.350,Баптизманский В,И. Теория кислородно-конвертерного процесса, - М.: Металлургия, 1975, с.64,(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НИЗКОЛЕГИРОВАННОЙ КОНСТРУКцИОННОЙ СТАЛИ С СОДЕРЖАНИЕМ БОРА 0,0015 - ОЮ 400 (57) Использование: изобретение относится к черной металлургии и касается способа получения борсодержащей стали из предельного чугуна. Сущность предложения заключается в том, что при выплавке стали используют чугун, компоненты которого взяты в следующем соотношении, мас,00: углерод 4,0-5,0; кремний 0,35-1,00; марганец 0,1 - 1,5; бор 0,015 - 0,040; железо остал ьное, при этом отношение концентраций кремния к бору взято в пределах 23 - 25, 177037410 15 Недостатком этих способов являетсявысокий угар бора (до 80% от исходного 1)и высокая стоимость 1, 2.Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предполагаемому изобретению, является способполучения борсодержащей стали из синтетического или природно-легированного чугунов, включающий продувку чугунакислородом сверху в конвертере, присадкуохладителей до начала или по ходу продувки, скачивание шлака, раскисление и доводку металла до заданной марки стали прииспользовании чугунов химического состава, приведенного в табл, 1,По этому способу до начала и по ходупродувки(через 2 - 3 мин от начала) вводитсяизвесть, Продолжительность продувки составляет 15 - 20 мин.Сталь, полученная известным способом3, содержит 0,001 - 0,003 мас,% бора и обладает удовлетворител ьн ы ми потребительскими свойствами,Недостатком известного способа 3 является низкая степень извлечения бора изчугуна в сталь, в пределах 0.75 - 2,5%, обусловленная количественным соотношениемвходящих в состав чугуна компонентов,Использование чугуна известного состава 3 при выплавке борсодержащей стали экономически нецелесообразно из-завысоких потерь бора и усложнения процесса доменной плавки чугуна в связи с необходимостью иметь высокое исходноесодержание бора в чугуне при выплавке стали известным способом,Общими признаками заявляемого и известного способов получения борсодержащей стали являются технологическиеприемы и режим способа - продувка чугунав конвертере кислородом сверху с использованием охладителей до начала и по ходупродувки, скачивание шлака с последующим раскислением металла,Целью изобретения является повышение степени извлечения бора из чугуна всталь,Поставленная цель достигается тем,что в известном способе получения борсодержащей стали из предельного чугуна,включающем продувку чугуна в конвертере,присадку охладителей до начала или по ходупродувки, скачивание шлака с последующим раскислением металла, согласно предполагаемому изобретению используютчугун состава, мас,%:С 4,0 - 5,05 0,35- 1,0Уп 0,1-1,5В 0,015 - 0,004 20 25 30 35 40 45 50 55 Ее Остальное при отношении содержания кремния кбору в пределах 23 - 25,Сущность заявляемого способа получения борсодержащей стали состоит в том, что используют передельный чугун с новым количественным соотношением и при определенном отношении концентраций двух входящих в него компонентов,Содержание бора в исходном чугуне в пределах 0,015 - 0,040 мас.%, а кремния - 0,35 - 1,00 мас.% при условии отношения содержаний кремния к бору в пределах 23 - 25 способствует замедлению окисления бора в конце процесса плавки и получению борсодержащей стали с содержанием бора в пределах 0,0015 - 0,004 мас,%. Поэтому по заявляемому способу предполагается получать низколегированную борсодержащую саль с содержанием бора в этих пределах. Из практики получения низколегированных сталей известными способами установлено 4, что содержание бора в стали менее 0,0015 мас.% не обеспечивает улучшение ее свойств, а содержание бора более 0,004 мас.% ухудшает ее такие свойства, как усталостная прочность, ударная вязкость, повышает склонность к отпускной хрупкости, Избыточное сверх этих пределов легирование стали бором приводит к выделению избыточной бористой фазы появлению камневидного излома, снижению вязких и пластических свойств стали 4.Полнота окисления бора, от которой зависит степень его извлечения в сталь, наряду с другими факторами, зависит от физико-химических свойств шлака, образующегося при окислении примесей (в том числе и бора) чугуна, В частности, она зависит от сорбционной способности шлака по отношению к бору и боратной емкости шлака, а также от процесса газификации оксидов бора, поскольку они являются сильно летучими, так как монооксид бора (первая степень его окисления) возгоняется при 1500 С 5, а температура реакционной зоны конвертера достигает 2500 С и более б, Предложенный способ выплавки стали позволяет снизить потери бора при выплавке стали за счет подавления газификации его окислов, повысить извлечение бора в сталь за счет снижения полноты его окисления, обусловленной физико-химическими свой. ствами шлака, образующегося при окисле нии примесей чугуна заявленного состава,Чугун заявляемого состава выплавля ется в доменной печи при введении в шихт ее борсодержащих добавок, например бо ратовой руды, содержащей 8 - 16 мас.% В 20; или датолита с содержанием 9-11 мас,%В 20 з или данбурита с тем же содержаниемоксида бора или борсодержащей железнойруды Таежного месторождения с содержанием 3 - б мас.% В 20 з, Предлагаемый способне предусматривает выплавку чугуна из100% природно-легированной бооом рудыили других борсодержащих материалов),Она может применяться как одна из возможных борсодержащих добавок в шихту вколичестве 3-10%.Лспользуелый в заявляемом способечугун применяется для передела его в стальи не для каких других целей не применяется,поэтому он является передельным.Количество борсодержащих добавок вшихту должно обеспечить содержание В 20 зв доменном шлаке в пределах 1 - 3 мас.%. Сучетом содержания бора в чугуне в заявленных пределах коэффициент распределениябора между металлом и шлаком составит21-24, Дальнейшее увеличение количестваборсодержащих добавок затруднит шлакообразование и поэтому нецелесообразно,что дополнительно ограничивает верхнийпредел содержания бора ь;угуне,Новым в заявляемом способе получения борсодержащей стали является составпередельного чугуна. Содержание в нем бора 0,015 - 0,04 мас,%, кремния - 0,35 - 1.0мас,% при ОтнОшЕнии СсдЕРжаний кремнияк бору в пределах 23 - 25 позволяет повыситьстепень извлечения бора из чугуна в сталь.Неизвестные ранее отличительные признаки позволяют получить новый результат -увеличить степень извлечения бора в сталь.На основании сказанного можно сделать вывод о соответствии заявляемогорешения критериям "новизна", "положительный эффект" "существенные отличия"Заявляемый способ получения низколегировдной конструкционной стали отрабоган экспериментально в 0,1-т конвертере сосновной футеровкой опытно-экспериментального завода УралНИИчеометд.Исходным материалом для плавки слукил передельный чугун состава, соответствующего известному и заявляемомуспособу в Оптимальных пределах, а также свыходогл за эги пределы,В аесе шлдкообразующего мдтеоиала использовали известь, которую вводили в конвертер как и в известном способедо начала и по ходу(через 2-3 мин от начала,и оодуьки.Полагаем, что соотноше ие содержаний кремния и бора в чугуне предопределяет гакое соотношение их оксидов в шлаке ираспределение бора по фазсвым составляющим шлака. при КО Ором Огрдничивдется10 20 25 30 340 45 0 55 боратная емкость шлака и газификация оксидов бора.Микроскопическим анализом обнаружено, что в зависимости от соотношений оксидов бора и кремния бор входит либо преимущественно в силикатную фазу, либо выделяется в виде баратов кальция и магния, либо в тех или иных соотношениях входит во все фазы шлака. Наиболее Оптимальное распределение бора по фазовым составляющим шлака способствует снижению его потерь со шлаком, пылью и газами и тем самым повышению извлечения в сталь,.При выплавке стали по заявляемому,Вкотором оксиды бооа находятся преимущественно до 90%) в силикатной фазе, а остальное - в виде боратов кальция и магния.Результаты испытаний способа приведены в таблице 2.Из нее следует, что содержание бора в чугуне менее 0,015 мас.% снижает степень его извлечения в сталь, а ее свойства ухудшаются по сравнению со сталью, выплавленной из чугуна с оптимальным содержанием бора (см, табл. 2, и, 8), При содержании бора в чугуне более 0,04 мас,% и содержании кремния в заявленных пределах сильчо снижается ударная вязкость стал; (табл, 2, и. 9). что является следствием избыточного легирования ее бором. Получение чугуна с таким содерканием бора связано с повышенным оасходом борсодержащих добавок, что затрудняет его выплавку в доменной печи,При содержании бора в чугуне в заявленных пределах улучшаются свойства получаемой из него стали, извлечение бора из чугуна в сталь получается максимальным ;табл. 2, п,п. 5, б, 7).Высокое исходное содержание кремния в чугуне также обусловливает повышение содержания бора в низколегированной стали выше оптимального поедела, при котором снижается ударная вязкость стали табл. 2, п,9), При этом осложняется технология ее выплавки: увеличивается содержание кремнезема в шгаке, затрудняющее достижение необходимой основности шлака, требующейся для рафинирования металла от вредных примесей - фосфора и серы.При содержании кремния в чугуне менее 0,35 мас,% снижается извлечение бора из чугуна в сталь (табл, 2, п. 8 и 10), Повышенные потери бора обусловливаются снлжечием затормаживающего воздеиствия малых концентраций коемния на Окисление бора и чеоптимальным соотношением оксидов кремния и бора в шлаке, 1770374Нижние и верхние пределы по содержанию марганца в используемом чугуне обусловлены требованием. сталеплавильногопроизводства и составом шихтовых материалов доменной плавки, Они достаточно широкие в связи с тем, что содержаниемарганца в шихте может сильно колебаться,Экспериментально подтверждается, что этоне оказывает отрицательного влияния наизвлечение бора из чугуна в сталь в процессе ее выплавки (табл. 2, и, 5, 6, 7).Содержание углерода в заявляемом чугуне соответствует требованиям, предъявляемым к передельному чугунусталеплавильным производством (ГОСТ805-80) и в заявляемых пределах также неоказывает отрицательного влияния на извлечение бора из чугуна в сталь.Отношение концентраций кремния кбору (-) в заявляемом чугуне в пределах/Я23 - 25 обеспечивает наибольшее извлечение бора из чугуна в сталь (табл, 2, и. 5, 6, 7).Приводим примеры конкретного выполнения заявляемого способа получениянизколегированной конструкционной стали,П р и м е р 1. В конвертер залили 100 кгпередельного чугуна состава, мэс.%: 4,0 С;0,32 51; 0,0015 Я; 0,15 Р; 0,10 Мп; 0,012 В;/Я/: /В/ = 27, Продувку вели кислородомсверху через водоохлаждаемую фурму с диаметром сопла 5 мм при расходе 135 л/минв течение 15 мин. Шлакообразующие вводили до начала и по ходу продувки, Послеокончания продувки скачали шлак, Металлраскисляли Ре 5 и металлическим марганцем и доводили до состава стали марки10 ХСНД, Металл разливали в слитки весом10 кг, Слитки проковывались на пластинысечением 12 х 60 мм. Заготовки закаливалиот температуры 930 С в воде и отпускалипри 600 С, После улучшения из них изготовляли образцы для испытаний на растяжениеи ударный изгиб.Остаточное содержание бора в сталипосле продувки составило 0,0005 мас. , чтониже оптимального, извлечение бора всталь 4,2/,. Предел текучести полученнойстали 430 Н/мм, временное сопротивлениегразрыву 600 Н/мм, относительное удлинение 27 о, ударная вязкость при - 80"С85 Дж/мм . Низкое извлечение бора обусгловлено неоптимальными условиями шлакообразования и состава шлака;пониженное содержание кремния в чугунеи 30в шлаке обусловило ускоренное нарастание основности по ходу продувки и повышение его боратной емкости за счет того,что продукты его окисления - оксиды бора45 50 55 5 10 15 20 25 30 35 40 связываются в шлаке в прочные соединения - бораты кальция и магния. Это увеличивает и полноту окисления бора и газификацию оксидов бора, а в конечном итоге - снижение остаточного содержания бора в стали. Потери бора с пылью и газами в соответствии с материальным балансом плавки составили 49,2 , перешло бора в шлак от исходного в чугуне 46,6.П р и м е р 2, В конвертер залили 100 кг чугуна, состава, мас. : 4,0 С; 0,35 51 0,015 Я; 0,11 Р; 0,14 Мп; 0,015 В; /Я/: /В/ = 23,3,Технология получения и испытания стали были те же, что и в примере М 1. Остаточное содержание бора в стали составило 0,0015 мас. , Извлечение бора из чугуна в сталь 10,6 ф.Предел текучести полученной стали составил 470 Н/мм, временное сопротивлегние разрыву 620 Н/мм, относительноегудлинение 26КСО зо- 84 Дж/см,Микроскопическим анализом не обнаружено в шлаке боратов кальция и магния. Бор сосредоточен преимущественно в силикатной фазе,Полагаем, что соотношение оксидов кремния и бора в шлаке, которое обусловлено отношением содержания кремния и бора в чугуне, поскольку в процессе плавки большая часть их переходит в шлак, снизило обратную емкость шлака и степень испарения бора в реакционной зоне. По данным материального баланса плавки перешло в шлак 50,7бора от его исходного содержания в чугуне, потеряно с пылью и газами 38,7/о, извлечено в сталь 10,6;6 в то время как в предыдущем примере, с выходом за заявленные пределы потеряно с газами и пылью 49,2, а извлечение бора в сталь составило лишь 4,2;4,Таким образом, заявляемый способ получения низколегированной конструкционной стали имеет преимущества по сравнению с известным, так как позволяет эффективно использовать недефицитные борсодержащие материалы - передельный борсодержащий чугун, выплавляемый с использованием добавок недефицитной борсодержащей руды Таежного месторождения, себестоимость которой не выше,чем обычной железной руды, а себестоимость передельного борсодержащего чугуна не выше обычного передельного чугуна,Полученная заявленным способом сталь обладает теми же свойствами, что и сталь, полученная за счет легирования сплавами бора.10 17(0374 Степень извлечения бора из чугуна всталь по заявляемому способу в 7 раз выше,чем по известному. Табл ица 1 Таблива 2 Способ Номерсостав Состав передспьного чугуна, нас Свойства пластин из стаги 1 ОХСНД, выплав.ленной из борсодержаеего лередельногочугуна е Содержа.нне бораа стали,мас.а СоатноИзвлечение бора в сталь,жениег 2В С 82 Нп Дж/снз пределткучес"ти,Н/миз относительноеудлинение, ав,временное сопротивление раз" рыву,Н/нмз 1 Известный прототип) 2 То же34 3,68 Ов 56 0028 Зь 75 Оь 60 0,0264,01 0,21 0,028 4121 О,О 0,022 О,ОЬ 0,32 0,07 0,29н,д. 0,20н,д. 0,18 1 4 Оь 75 510 1,5 2,5 550 2,6 1,25 4201,67 1,67 415 0,40 0,40 0,08 0,0030,01 640 670 6 О 85 15 81 87 22 19 25 28 0,001 0,06 0,001 590 5 Предлагаемый, аптимальный вариант 84 4,0 0,35 0,015 0,10 О,О 0,015 4,5 0,67 0,030 0,15 0,80 0,028 5 ьО 1,00 Оь 035 0,20 1,50 0,04 О, 0016 23 10,6 470 24 12,5 500 25 1 ОьО 510 26 24 21 620 630 650 6 То же7 89 82 0,00350,004 В Предлагаемый, неоптимальный вариант 4,0 0132 0 015 0,15 0,10 0,0125,0 1,10 0,035 0,20 1,50 0,074 ьО 0,31 0036 0;15 Оа 09 0,014 27 4,2 430 16 8,6 520 22 8,0 460 85 25 86 0,00050,006 600 640 27 22 9 То же1 О -и 610 27 0,005 а пластины тсрнзобработаны по режиму: закалка + отпуск 650 С; свойства пластин, попученныл из безбористого чугуна: а б, 440 Н/имз; б 600 Н/мм; 8 28 ИСО з - ВЕ Дж/- .Заказ 3714 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобоетениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035. Москва, /К, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 Формула изобретения Способ получения низколегированной конструкционной стали с содержанием бора 0,0015 - 0)040 мас.%, включающий заливку в конвертер передельного борсодержащего чугуна, продувку чугуна кислородом, присадку охладителей до начала и по ходу продувки, скачивание шлака с последующим раскислением металла, о тл и ча ю щи й с я тем, что, с целью повышения степени извлечения бора из чугуна в сталь, используют чугун следующего соста ва, мас,%:С 4,0-5,0Я 0,35 - 1,00Мп 0,10 - 1,5В 0,015 - 0,04010 Ее Остальноепри этом поддерживают отношение содержания кремния к бору в пределах 23 - 25.