Смесь для легирования и шлакообразования

,ЛИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ОБГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ Н Д Т 0 РС 0 , СВИДЕЛСТМ(71) Уральский научно"исследовательский институт черных металлов, Кременчугский сталелитейный завод и Всесоюзный научно-исследовательский институт вагоностроения(56) Авторское свидетельство СССРУ 954479, кл. С 22 С 35/00, 1982. Авторское свидетельство СССРУ 425964, кл, С, 22 С 35/00, 197(54) СМЕСЬ ДЛЯ ЛЕГИРОВАНИЯ И ШЛАКЩЗОВАНИЯ(57) Изобретение относится к чернойметаллургии и может бытв использовано при выплавке ванадийсодержащихсталей в дуговых электропечах. Цельюизобретения является сокращение продолжительности плавки, повышение степени десульфурации, ударной вязкостии усталостной прочности стали, снижение ее стоимости. Смесь для легирования и шлакообразования содержит,мас.7: ферромарганец 12-20; ванадиевый ферросилиций 16-24; кокс 1,5-2,5;плавиковый шпат 2,5-5,01 известнякили известь остальное. Применение смеси для выплавки стали позволяет согкратить продолжительность плавки на25 мин, увеличить степень десульфура"ции на 40 Х, увеличить ударную вяза:с "кость на 30-403, усталостную прочность на 15-20 Х и уменьшить стоимостьстали. 3 табл.Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано при выплавке ванадийсодержащих сталей в дуговых электропечах. 5Цель изобретения - .сокращение про" должительности плавки, повышение сте" пени десульфурации, ударной вязкости и усталостной прочности стали, снижение ее стоимости. 10Предлагаемая смесь для легирования и шлакообразования содержит ферромарганец, ванадиевый ферросилиций, кокс, плавиковый шпат и известняк при следующем соотношении компонентов, 15 мас.7:Ферромарганец 12-20Ванадиевыйферросилиций 16-24Кокс 1,5-2,5 20Плавиковый шпат 2,5-5, 0Известняк илиизвесть ОстальноеВанадиевый ферросилиций марки фС 40 Вд содержит, 7: Бд 35-42; Ч 6,5- 25 8,0; Мп 4-6; Т 2,5-4,0.Предлагаемая смесь может быть использована при выплавке в дуговых электропечах малоуглеродистых сталей для отливок типа 20 ГФЛ, к которым предьявляются высокие требования по хладостойкости и усталостной прочности. Смесь вводится в печь на поверхность металла после удаления окислительного35шлака,1Введение укаэанной смеси позволяет проводить комплексное раскисление.стали и ее легирование кремнием, вана - дием и марганцем, Первым благодаря низкой температуре плавления с металлом взаимодействует ванадиевый ферросилиций, Высокое содержание в нем кремния, а также титана и марганца обеспечивает глубокое раскисление металла с образованием комплексных легкоудаляющихся неметаллических включе" ний (НВ), устраняется возможность вторичного окисления ванадия и марганца, Наличие в ферросилиции ванадия и ти 50 тана способствует повышенному усвоению металлом азота, особенно в облас" ти электрических дуг, что веде к образованию упрочняющих фаз и повышению прочностных свойств и выносли 55 вости стали, Введение ферромарганца обеспечивает легирование стали марганцем на требуемое его содержание, ускоренное и более полное протекание процессов десульфурации и удаления НВ.Наличие в составе смеси плавикового шпата и известняка (или извести в равном по СаО количеству) совместно с образовавшимся при раскислении металла окислами кремния, титана и марганца обусловливает быстрое формирование основного, восстановительного шлака, обладающего высокой серопоглотительной способностью и ассимилирующего НВ,Одновременное введение кокса позволяет создать в печи восстановительную атмосферу, предупредив процессы вторичного окисления металла и шлака. Так как при использовании предлагаемой смеси процессы легирования, раскисления и шлакообразования протекают одновременно и состав металла требует незначительной корректировки, то восстановительный период плавки протекает быстро, что позволяет .избежать разрушения футеровки и перехода в шлак большого количества МпО, сохранить высокие десульфурирующие и рафинирующие свойства шлака и использовать его для дополнительной обработки металла при выпуске в ковш, что приводит к повышению хладостойкости и усталостной прочности стали. Пределы содержания компонентов в смеси были определены экспериментально из следующих условий.Содержание в смеси ферромарганца менее 127, ухудшает условия десульфурации, что совместно с недостаточным содержанием марганца в стали снижает ударную вязкость и усталостную прочность, а последующие добавки ферромарганца увелиЧивают продолжительность плавки. Введение в смесь 207. ферромарганца приводит к превышению регламентированной концентрации марганца в стали и снижению ударной вязкости, а также к неоправданному повышению себестоимости.Ванадиевый ферросилиций при концентрации в смеси ниже 16/ не обеспечивает получение в стали необходимого содержания ванадия, что существенно уменьшает уровень свойств стали и, снижает эффективность применения смеси, Увеличение концентрации ванадиевого ферросилиция более 24/ приводит к избыточному содержанию в стали кремния и ванадия и снижению значенийударной вязкости и усталостной прочности.Кокс при содержании в смеси менее 1,5 Х недостаточно снижает окисленность печной атмосферой, в результате шлак имеет повышенную окисленность, что отрицательно влияет на качество стали. При увеличении в смеси содержания кокса более 2,5 Х, не наблюдается дальнейшего снижения окислов железа в шлаке и появляется тенденция науглероживания металла.Содержание в смеси плавикового шпата менее 2,5 Х не обеспечивает достато 15 чно быстрого шлакообразования, хорошей жидкоподвижности шлака и уменьшает степень десульфурации стали. Увеличение количества плавикового шпата более 5,0/ не приводит к увеличению положительного эффекта от его применения.П р и м е р, В основной дуговой электропечи выплавляли сталь марки 20 ГФЛ методом окисления примесей, 25 предусматривающим расплавление шихты, окисление примесей, удаление окислительного шлака, проведение восстановительного периода.- При использовании смеси известного состава после удаления окислительного шлака металл раскисляли Ферросилицием и Ферромарганцем и наводили восстановительный шлак иэ извести и плавикового шпата. После образования шлака в печь вводили известную смесь оптимального состава в количестве 21 кг на 1 т металла, Для приготовления смеси использовали Ферросиликованадий марки ФВдСП, содержа- . щий .9,8 Х ванадия и 14,2 Х кремния, ванадиевый конвертерный шлак (ВКШ), содержащий 17,8/ пятиокиси ванадия, 18,2 Х оксида кремния, 42 Х оксидов же." леза, 108 Х металловключений, технический карборунд, известь и плавиковый шпат. После завершения восстаноВительных процессов и усреднения состава металл корректировали по содержанию марганца и кремния и температуре и Выпускали В разлиВОчныи кОВш. 50При использовании смеси предлагаемого состава она в количестве 70 кг на 1 тонну металла присаживалась в печь сразу после удаления окислитель- НОГО шлака 5 пя приготоВления смеси 55 использовали Ферросилиций марки ФС 40 Вд, содержащий, мас.кремний 41,3; ванадий 7,1; марганец 4,9; титан 3,1. После завершения шлакообразования металл корректировали по содержанию марганца, кремния и температуре и выпускали в раэливочный ковш.Были исследованы 6 вариантов составов смесей, приведенных в табл.1. На каждой плавке отбирали пробы для определения химического состава готово" го металла и шлака, а также иэ разливочно;"с ковша заливали трефовидные пробы, нз которых после нормализации при 930-940 С изготавливали образцы для определения механических и эксплуатационных свойств. Ударную вяэ кость .,Определяли на образцах типа 1. Усталостную прочность исследовали на цилиндрических образцах, использовали гладкие образцы 1 типа с диаметром в рабочей части 7,5 мм и образцы с надрезом 1 Ч типа, диаметром сечения в надрезе 7,5 мм, Радиус дна надреза (Р) был принят 0,75; 0,5;и 0,25 мм. Испытания образцов проводили на машине М 1 Я 6000 при симметричном цикле нагружения с определением предела вы7носливости на базе 10 циклов. Критерием оценки выносливости служил эффективный коэффициент концентрации напряжений6-1КбК6- 1 - предел выносливости гладкого образца;о в 1 К - предел выносливости образцас надрезом,Степень десульфурации металла определялась отношениемс 83 - ЕЯ)и)Б - концентрация серы в металлепо расплавлении,ГБ 1 - концентрация серы в готовомметалле.Продолжительность процесса плавкиоценивали по времени протекания восстановительных процессов от моментаудаления окислительного шлака до выпуска ( Г, мин).Снижение стоимости стали (руб/тстали) рассчитывали на основе измене.ния количества и стоимости раскисляющих и легирующих сплавов используе.мых в известной и предлагаемой смесяхПо каждому варианту смеси провелипо 3 плавки,Полученные данные, усредненные покаждому варианту, приведены в табл.2 и 3.Результаты химического анализа металла и шлака показывают, что при использовании известной смеси (вариант 1) содержание серы в стали превьппает критическое на 0,203 для хладостойких сталей, что вызвано низкой десуль Фурирующей способностью шлака, имеющего низкую основность (1,3) и высокую концентрацию окислов магния. При менение смеси предлагаемого состава (варианты 3 - 5) позволяет получить сталь с содержанием ванадия и кремния, соответстующим установленным требованиям, обеспечивающим качество стали 15 при пониженной концентрации серы, достигунтой эа счет глубокого раскисления металла кремнием и титаном, со- держащимися в ванадиевом ферросилиции, и обработкой шлаком повышенной основ ности (3,6-2,7) и раскисленности (Ре 0 1, - 1,5). Одновременно с этим повышается в стали концентрация азота что способствует получению в стали уплотняющих нитридных фаз. Использованием предлагаемой смеси запредельных соста - вов (варианты 2 и 6) приводит к получению в стали либо недостаточного (вариант 2), либо избыточного (вар.б) содержания ванадия, а также к повьппен,ЗО ной концентрации серы воследствие ухудшения качества шлака.Показатели эффективности плавки (продолжительность восстановительного периода и , степень десульфурации металла д , снижение стали), приведен- ные в табл.З, свидетельствуют, что наиболее оптимальными составами смеси являются варианты 3 - 5 соответствующие предлагаемому содержанию компонентов и обеспечивающие получение стали требуемого состава и свойств при снижении ее стоимости. Использование смесей с запредельным содержанием компонентов (варианты 2 и 6) приводит либо 45 к продолжительному шлакообраэованию из-за больших присадок известняка и низкой степени десульфурации иэ-за образования тугоплавкого высокоосновного шлака (вариант 2), либо к повы шению стоимости стали (на 0,1 руб/т) за счет чрезмерного расхода ванадиевого Ферросилиция и снижению степени десульфурации иэ-за малого количестваи невысокой основности восстановитель ного шлака (вариант 6). 11 ри использовании смеси известного состава (вариант 1) необходимость предварительного раскисления и шлакообразования до присадки смеси затраты времени на произведение восстановительных процессов значительно увеличивают, а образование низкоосновного магнезиального недостаточно раскисленного шлака обуславливает невысокую степень десульфурации.Анализ качественных характеристик (табл.З), обусловленных ее химическим и фазовым составом, а также рафинирующим действием шлака, показывает, что при практически одинаковых концентрациях углерода, марганца, кремния повышение содержания ванадия от 0,0587 (вариант 2) до 0,131 (вариант 6) увеличивает значение б, от 214 МПа до 325 МПа, т.е. более чемна 50 Х, В то же время .испытание образцов с надрезами выявило значительное преимущество стали, обработанной предлагаемой смесью. Эффективный коэффициент концентрации напряжений К по мере увеличения остроты надреза возрастает у варианта 1 (обработка известной смесью) в значительно большей степени, чем у стали, обработанной предлагаемой смесью (варианты 2 - 5). Главным образом это обусловлено более низкой концентрацией серы в стали и, соответственно, более низкой загрязненностью металла включениями сульфидов марганца, неблагоприятными по Форме и характеру распределения.В результате этого затруднено распространение усталостной трещины при циклических нагрузках образцов из стали в поврежденном сос - тоянии (с надрезами). При запредельных концентрациях компонентов предложенной смеси (вариант 2 и 6) также наблюдается сильное увеличение эффективного коэффициента концентрации напряжений, как и в случае применения известной смеси. Это обусловлено (вариант 2) недостаточной концентрацией ванадия (0,058 Е) для возможного полного связывания углерода и азота в дисперсные карбонитридные фазы и рафинирования Ферритной матрицы. В варианте б значительно увеличивается количество и размер карбонитридных частиц и степень растворения ванадия в феррите, В результате уменьшается пластичность Фер-. рита, затрудняется релаксация напряжений при знакопеременных нагрузках, повышается чувствительность стали к концентраторам.Слабая десульфурация стали при использовании известной смеси неблаго 1444359приятным образом сказывается на значениях ударной вязкости при положительной и отрицательной температурах.Как и в случае испытаний на выносли 5вость надрезанных образцов, негативную роль в этом случае играют остроугольные сульфиды марганца, являющиесяочагами зарождения микротрещин придинамических нагрузках, способствуюших 10хрупкому разрушению металла, При обработке стали предлагаемой смесью(варианты 3 - 5) хладостойкость значительно выше (на 42-723 после испытаний при минус 60 С), чем в случае 15обработки стали известной смесью.При использовании смеси с запредельными концентрациями компонентов (варианты 2 и 6) значения ударной вязкостиневелики во всем диапазоне температур 2 Оиспытаний. В стали, обработаннойпредложенной смесью с установленнымиконцентрациями компонентов (варианты3 " 5), введение оптимального количества ванадия способствует, с одной 25стороны, образованию оптимального.:.оличества дисперсных карбонитридов,препятствующих росту зерна при аустенизации, с другой стороны, легированию аустенита. В результате повыша Оется устойчивость аустенита при охлаждении и обеспечивается получениедисперсных структур распада по перлит"ной ступени. Этим обусловлена повышенная ударная вязкость и хладостойкость стали, обработанной предлагаемой смесью,Таким образом, полученные результа"ты показывают, что использование привыплавке стали смеси для легированияи шлакообразования предлагаемогосостава позволяет сократить продолжительность плавки, увеличить степеньдесульфурации стали, снизить ее стоимость, а также повысить ударную вязкость и усталостную прочность сталипо сравнению с показателями, достигаемыми при применении смесей известного и запредельного составов.Существенные отличия предложенного технического решения от известного заключаются в том, что наличие в составе предлагаемой смеси ванадиевого ферросилиция, содержащего комплекс раскисляющих, легирующих и рафинирующих элементов, совместно с другими компонентами смеси в установленных пределах, позволяет получить сталЬ оптимального состава и чистоты повредным примесям с высокими показателями, обеспечивающими ее эксплуата"ционную надежность и долговечность,при одновременном упрощении технологии получения и снижения стоимостистали,Экономический эффект от использования предлагаемого изобретения достигается эа счет снижения стоимости сталипри ее производстве и от повышениясрока службы деталей, изготовленныхиэ стали повышенного качества. Ф о р м у л а изобретенияСмесь для легирования и шлакообразования содержащая ванадийсодержащий сплав, известняк или известь и плавиковый шпат, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью сокращения продолжительности плавки, повышения степени десульфурациир ударной вязкости и усталостной прочности стали, снижения ее стоимости, она дополнительно содержит Ферромарганец и кокс, а в качестве ванадийсодержащего сплававанадиевый Ферросилиций при следующем соотношении компонентов, мас.Ж;Ферромарганец 12-20 ВанадиевыйФерросилиций 16-24 Кокс 1,5-2,5Плавиковый шпат 2,5-5,О Известняк илиизвесть Остальноеолл О СЧ оло ол 1 х 1 Х 1 0 э11 1 1 1 11 11 1 1 1оэхэ хе ао эа фХэфхэх ао хххахоалоэээ ф э0 щ аф х4 ц м о о Щ 3 м м ме м л еМ ее м е Ф о о о е м о о о о О О о о о о ео о ео ф л о о д о о о о ф о ь о о о ф о М е о о й е о оМ ФЧ СЧ й о о о вЧ4 Ы а р о й(оФ 4 1444359 эончгеыо о о о15.е Д 3 Ч И о ь м сч ече Ф Фв щ ЦЪей оч сЧЕЧ ем л м 13Сф 1 а л ф е сл л ф ф л сп чр мъ Д м