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

 

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.% углерод 4,0-5,0; кремний 0,35-1,00, марганец 0,1-1,5; бор 0,015-0,040; железо остальное , при этом отношение концентраций кремния к бору взято в пределах 23-25 со С Известны способы выплавки борсодержащих сталей путем легирования сплавом бора 1, борсодержащими отходами или другими борсодержащими материалами 2. vj .vi iO CJ VI 4

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„. Ж,, 1770374 А1 (я)5 С 21 С 5/28

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

Ъ ,с;

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ (2), К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4858521/02 (22) 08.08.90 (46) 23.10.92. Бюл. ¹ 39 (71) Урал ьский науч но-исследовательский институт черных металлов и Нижнетагильский металлургический комбинат им.В.И.Ленина (72) B.Ã.Âèíîêóðîâ, И.П,Чечулин, Л.А.Смирнов, Б.К.Качула, В.С.Новиков, С,Ф.Одиноков, Б,А.Марсуверский, В.С.Рудин и А.Ю.Чернавин (56) Рысс М.А. Производство ферросплавов, — М., 1968.

Пискова В.П., Масленников С.В„Чебурко В.В, Влияние способа выплавки и микролегирования РЗМ и бором на качество низкоуглеродистой стали. Сталь, 1983. ¹ 9, с.32 — 35.

Смирнов Л.А., Винокуров В.Г. Поведение бора при окислительной плавке борсодержащего чугуна, Труды Уральского научно-исследовательского института черных металлов. Свердловск, 1984, с.79 — 82.

Гольдштейн Я,Е., Мизин В.Г. Модифицирование и микролегирование чугуна и стали, — М.: Металлургия, 1986, 271 с, с илл.

Карапетьянц М.Х., Дракин С,И, Общая и неорганическая химия.— М,: Химия, 1981, с.350.

Баптизманский В.И. Теория кислородно-конвертерного процесса.— M. Металлургия, 1975, с.64.

Предполагаемое изобретение относится к области черной металлургии, конкретнее, к выплавке низколеги рован ной борсодержащей стали из предельного чугуна. содержащего бор. (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НИЗКОЛЕГИРОВАННОЙ КОНСТРУКЦИОННОЙ СТАЛИ

С СОДЕРЖАНИЕМ БОРА 0,0015 — ОЮ40% (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.%: 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.

Известны способы выплавки борсодержащих сталей путем легирования сплавом бора (1), борсодержащими отходами или другими борсодержащими материалами

1770374

15

Недостатком этих способов является высокий угар бора (до 80% от исходного (1)) и высокая стоимость (1), (2).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предполагаемому изобретению, является способ получения борсодержащей стали из синтетического или природно-легированного чугунов, включающий продувку чугуна кислородом сверху в конвертере, присадку охладителей до начала или по ходу продувки, скачивание шлака, раскисление и доводку металла до заданной марки стали при использовании чугунов химического состава, приведенного в табл. 1.

По этому способу до начала и по ходу продувки (через 2 — 3 мин от начала) вводится известь, Продолжительность продувки составляет 15 — 20 мин.

Сталь, полученная известным способом (3), содер>кит 0,001 — 0,003 мас.% бора и обладает удовлетворител ьн ы ми потребительскими свойствами, Недостатком известного способа (3) является низкая степень извлечения бора из чугуна в сталь. s пределах 0.75 — 2,5%, обусловленная количественным соотношением входящих в состав чугуна компонентов, Использование чугуна известного состава (3) при выплавке борсодержащей стали экономически нецелесообразно из-за высоких потерь бора и усложнения процесса доменной плавки чугуна в связи с необходимостью иметь высокое исходное содержание бора в чугуне при выплавке стали известным способом, Общими признаками заявляемого и известного способов получения борсодержащей стали являются технологические приемы и режим способа — продувка чугуна в конвертере кислородом сверху с исполb зованием охладителей до начала и по ходу продувки, скачивание шлака с последующим раскислением металла.

Целью изобретения является повышение степени извлечения бора из чугуна в сталь.

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 ходу продувки, скачивание шлака с последующим раскислением металла, согласно предполагаемому изобретению используют чугун состава, мас,%:

С 4,0 — 5,0

Si 0,35- 1,0

Мп 0,1-1,5

 0,015 — 0,004

Fe Остальное при отношении содержания кремния к бору 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 сталь 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 (6).

Предложенный способ выплавки стали позволяет снизить потери бора при выплавке стали за счет подавления газификации его окислов, повысить извлечение бора B сталь за счет снижения полноты его окисления, обусловленной физико-химическими свойствами шлака, образующегося при окисле. нии примесей чугуна заявленного состава.

Чугун заявляемого состава выплавля. ется в до åííîé печи при введении в шихт) ее борсодержащих добавок, например бо ратовой руды, содержащей 8 — 16 мас.% В20; или датолита с содержанием 9-11 мас.%

1:-03 4

В>0з или данбурита с тем же содержанием оксида бора или борсодержащей железной руды Таежного месторождения с содержанием 3 — б мас.% В20з. Предлагаемый способ не предусматривает выплавку чугуна из

100% природно-легированной бором руды (или других борсодержащих материалов), 0на может применяться как одна из воз ло>кных борсодержащих добавок в шихту в количестве 3-10

Используемый в заявляемом способе чугун применяется для передела его в сталь и не для каких других целей не применяется, поэтому 0Н является передельным.

Количество борсодержащих добавок в шихту должно обеспечить содержание В Оз в доменном шлаке в пределах 1 — 3 мас.%. С учетом содержания бора в чугуне в заявленных пределах коэффициент распределения бора между металлом и шлаком составит

21-24, Дальнейшее увеличение количества борсодержащих добавок затруднит шлакообра30sàíèå и поэтому нецелесообразно, «ТО дополнительно ограничивает верхний предел содер>кания бора ь;угуне.

Новым в заявляемом способе получения борсодержащей стали является состав передельного чугуна. Содер>кание в нем бора 0,015 — 0,01 мас.%, кремния — 0,35 — 1.0 мас.% и ри oTHQLLiBI- содержаний кремния к бору в пределах 23 — 25 позволяет повысить степень 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 заявляемого решения критериям "новизна", "положительíofé эффект" "существенные отличия"

Заявляемый способ получения низколегированой конструкционной стали отрабоган экспериментально в 0.1-т конвертере с основной футеровкой опытно-экспериментального завода УралНИИчеомета.

Исходным материалом для плавки слу>КИЛ ПЕРЕДЕЛЬНЫй ЧУГУН СОСтаВа, СООтBBTCT вуюшего известному и заявля"-мому способу B оптимальных пределах, а также с выходо л за эги пределы.

В KBBBOTBB шлакообразующBf 0 MBTBриала использовали известь, которую вв0 дили в конвертер как N B известном способе до 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 и распределение бора по фазсвым составляющим шлака. г ри котором ограничивается

l0

>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 B виде баратов кальция и магния, либо в тех или иных соотношениях входит во все фазы шлака. Наиболее оптимальное распределение бора по фазоEûì составляющим шлака способствует снижению его потерь со шлаком, пылью и газами и тем самым повышению извлечения в сталь,.При выплавке стали по заявляемому

/у способу(при — = 23 — 25) получается шлак, в ,В/ котором 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 содер>кание 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, у и содержании кремния B заявленных пределах сильчо снижается ударная вязкость стал . (табл. 2, и. 9). что является следствием избыточного легирования ее бором. Получение чугуна с таким содер>канием бора связано с повышенным оасходом борсодержащих добавок, что затрудняет его выплавку B 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 предела, при котором снижается ударная вязкость стали (табл. 2, п.9). При этом осложняется технология ее выплавки: увеличивается содержание кремнезема B шгаке, затрудняющее достижение необходимой основности шлака, требующейся для рафинирования металла от вредных примесей — фосфор-: и серы.

При содержании кремния в чугуне менее 0.35 мас.% снижается извлечение бора из чугуна в сталь (табл. 2, и. 8 и 10). Повышенные потери бора обусловливаются снижечием затормаживающе,0 воздеиствия лалых концентраций коемния на окисление бора и чеоптимальным соотношением оксидов кремния и бора в шлаке, 1770374

Нижние и верхние пределы по содержанию марганца в используемом чугуне обусловлены требованием. сталеплавильного производства и составом шихтовых материалов доменной плавки, Они достаточно широкие в связи с тем, что содержание марганца в шихте может сильно колебаться, Экспериментально подтверждается, что это не оказывает отрицательного влияния на извлечение бора из чугуна в сталь в процессе ее выплавки (тэбл. 2, и, 5, б, 7).

Содер>кание углерода в заявляемом чугуне соответствует требованиям, предъявляемым к передельному чугуну сталеплавильным производством (ГОСТ

805-80) и в заявляемых пределах также не оказывает отрицательного влияния на извлечение бора из чугуна в сталь.

Отношение концентраций кремния к бору () в заявляемом чугуне в пределах

/Si

23 — 25 обеспечивает наибольшее извлечение бора из чугуна в сталь (табл. 2, и. 5, 6, 7).

Приводим примеры конкретного выполнения заявляемого способа получения низколегированной конструкционной стали.

Пример 1. В конвертер залили 100 кг передельного чугуна состава, мэс.%. 4,0 С;

0.32 Si; 0,0015 S; 0,15 Р; 0,10 Мп; 0,012 В;

/Si/: /В/ = 27. Продувку вели кислородом сверху через водоохлаждаемую фурму с диаметром сопла 5 мм при расходе 135 л/мин в течение 15 мин. Шлакообразующие вводили до начала и по ходу продувки, После окончания продувки скачали шлак. Металл раскисляли FeSi и металлическим марганцем и доводили до состава стали марки

10ХСНД. Металл разливали в слитки весом

10 кг, Слитки проковывались на пластины сечением 12 х 60 мм. Заготовки закаливали от температуры 930 С в воде и отпускали при 600 С. После улучшения из них изготовляли образцы для испытаний на растяжение и ударный изгиб.

Остаточное содер>кание бора в стали после продувки составило 0,0005 мас.%, что ниже оптимального, извлечение бора в сталь 4,2%. Предел текучести полученной стали 430 Нlмм, воеменное сопротивление г разрыву 600 Н/мм, относительное удлинение 27%, ударная вязкость при — 80"С

85Дж/мм . Низкое извлечение бора обус г ловлено неоптимальными условиями шлакообразования и состава шлака: пониженное содержание кремния в чугуне и SiO в шлаке обусловило ускоренное нарастание основности по ходу продувки и повышение его боратной емкости за счет того, что продукты его окисления — оксиды бора

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%.

Пример 2, В конвертер залили 100 кг чугуна, состава, мас. : 4,0 С; 0,35 Si; 0,015

S; 0,11 Р; 0,14 Мп; 0,015 В; /Si/: /B/ = 23,3.

Технология получения и испытания стали были те же, что и в примере N- 1. Остаточное содержание бора в стали составило

0,0015 мас.%. Извлечение бора из чугуна в сталь 10,6%.

Предел текучести полученной стали составил 470 Н/мм, временное сопротивлег ние разрыву 620 Нlмм, относительное г удлинение 26%, KCU 8O — 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 50,7% бора от его исходного содержания в чугуне, потеряно с пылью и газами

38,7%, извлечено в сталь 10,6%, 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%, Таким образом, заявляемый способ получения низколегированной конструкционной стали имеет преимущества по ñðàâнению 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.

"7 (0374

Степень извлечения бора из чугуна в сталь по заявляемому способу в 7 раз выше, чем по известному.

Таблица1

Таблива2

Способ

Номер состав*

Состав передспьного чугуна, мас

Свойства пластин из c ar» 10XCjjll, выплав. ленной из борсодержаеего лередельного чугуна е

Содержание бора а стали, мас.2

Соон<оИзвлечение бора в сталь, 2 жение

Оj

С Si

Нп

8Си дж/снз предел ткучес" тн, Н/мнз относи тельное удлинение, 8<, 8 временное сопротиа ление раз" рыву, Н/ммз

1 Известньй (прототип)

2 То же

3ó,68 О,56 0,028

3,75 0,60 0,026

4,01 0,21 0,028

4,21 O,IO 0,022

0,06 0,32

0,07 Оь29 н.д. 0 20 н.д. 0 18

1,4 0,75 510

1 5 2 5 550

2,6 1,25 420

1,67 1,67 415

094О

0,40

C,О8

0,003

0,01

6IO

8S

l5

81

22

19

0,001

0,06 C,CCl

59о

5 Предлагаемый, аптимальный вариант

4,0 0,35 0,015 0,10 0,10 0,015

4,5 0,67 0,030 0,1S О,ЕО О,О28

5ьо iyoo 0>035 Оу20 1,50 Оу04

0,0016

23 1О,Ь 470

24 12,5 500

25 10ьо 510

26

24

650

6 То же

89

0,0035

0,004

8 Предлагаемый, неоптимальный вариант

4,0 0,32 0,015 0,15 0,10 0,012

5,0 1,10 0,035 0,20 1,50 0,07

4,0 0,31 0,036 0;15 0,09 0,014

27 4,2 430

16 8,6 520

22 8,0 460

0,0005

0,006

640

27

9 Тоже

1О

610

0,0015 а пластины тсрнзобработаны по режиму: закалка + отпуск 650 С; свойства пластин, попученныл из безбористого чугуна: в о 440 H/ ; б 600 Н/мм ; 8 2821 ИСО"е 88 Дж/снз.

Составитель В.Винокуров

Редактор Т.Полионова Техред M.Моргентал Корректор Э.Лончакова

Заказ 3714 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва, /К-35, 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 — P)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 и с я тем, что, с целью повышения степени извлечения бора из чугуна в сталь, используют чугун следующего соста5 ва, мас,%:

С 4,0-5,0

Si 0,35 — 1,00

Мп 0,10 — 1,5

 0,015 — 0,040

10 Fe Остальное при этом поддерживают отношение содержания кремния к бору в пределах 23 — 25.