Способ получения литой стали
Предлагается способ получения литой стали, применяемой для изготовления магнитопроводов постоянных электромагнитов детекторов мюонов ускорителей пучков высокой энергии, включающий выплавку в сталеплавильном агрегате, рафинирование и корректировку химического состава, разливку на машине непрерывного литья в слябы. При этом сталь содержит компоненты в следующем соотношении, % по массе: углерод 0,04-0,12, кремний 0,04-0,30, марганец 0,20-0,50, сера не более 0,025, фосфор не более 0,050, хром не более 0,10, медь не более 0,25, алюминий не более 0,028, никель не более 1,0, азот 0,005-0,012, железо остальное, а корректировку химического состава проводят следующим образом: соотношение содержаний углерода, кремния, марганца, алюминия и азота определяют из выражения: k=(200-м)/810, где м - заданная величина относительной магнитной проницаемости, определяют параметр k, величину которого поддерживают в пределах 0,031-0,062, а соотношение содержаний углерода, кремния, марганца, алюминия и азота определяют по формуле k=0,23[С] +0,10[Si] +0,05[Mn] +0,09[A1]+0,06[N]. Отношение содержаний алюминия к азоту численно не превышает 5,0, а марганца к сере численно равно не менее 20,0. Непрерывную разливку производят с массовым расходом жидкой стали, который определяют по формуле: М = Ка/в, где М - массовый расход жидкой стали, кг/с; К - расходный коэффициент, равный 2,8-5,0 кг/с; а - ширина сляба, м; в - толщина сляба, м, причем температуру поверхности при выходе слябов из машины непрерывного литья выдерживают в пределах 700-850oС, затем слябы охлаждают в течение 0,5-2,0 ч до температуры 550-650oС и далее охлаждают в течение 30-50 ч до температуры 50-70oС. Техническим результатом является получение литой стали, которая при индукции 1,8 Тл имеет магнитную проницаемость 158,2-167,0. Сталь имеет предел прочности 310 МПа и предел текучести 189 МПа.
Изобретение относится к металлургии, конкретно к производству стали, применяемой для изготовления магнитопроводов постоянных электромагнитов детекторов мюонов ускорителей пучков высокой энергии.
Развитие науки в настоящее время требует создания сверхмощных ускорителей пучков высокой энергии. Конструкция магнитопровода такого ускорителя очень металлоемка, в отдельных случаях вес магнитопровода будет достигать 30 тыс. т. До сих пор магнитопроводы ускорителей по весу не превышали 30 т и собирались из листов горячекатаной стали. Использование листов при сборке магнитопровода весом до 30 тыс. т - очень длительная и кропотливая операция. Целесообразнее для этой цели использовать литую сталь в виде крупногабаритных заготовок-слябов, получаемых процессом непрерывной разливки. При этом стоимость магнитопровода снижается на 30%. Для стабильности конструкции магнитопровода, предотвращения изменения его формы и размеров слябы литой стали должны обладать определенными механическими свойствами: предел прочности не ниже 300 МПа, предел текучести не менее 170 МПа, относительное удлинение не менее 27%. Для создания необходимого магнитного потока в магнитопроводе литая сталь должна также иметь величину относительной магнитной проницаемости 150-175 с точностью![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/177.gif)
Железо - Остальное
Эта сталь имеет величину относительной магнитной проницаемости 164 при индукции 1,8 Тл, механические свойства: предел прочности 310-450 МПа, предел текучести не ниже 200 МПа и относительное удлинение не ниже 38%. Недостатком этой стали является невозможность получения точности
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/177.gif)
Углерод - 0,03 - 0,06
Кремний - 0,01 - 0,03
Марганец - 0,21 - 0,30
Сера - 0,006 - 0,018
Фосфор - 0,006 - 0,019
Хром - 0,01 - 0,02
Медь - 0,02 - 0,16
Алюминий - 0,034 - 0,067
Никель - 0,01 - 0,03
Железо - Остальное
включающий выплавку в конвертере, рафинирование, корректировку химического состава, разливку на машине непрерывного литья в слябы [И.В. Франценюк, Л. И. Франценюк. Современное металлургическое производство. М.: Металлургия, 1995, с. 31-34]. Литая сталь такого химического состава отвечает всем вышеуказанным требованиям по механическим свойствам, однако требуемой магнитной проницаемости в ней не достигается. По мнению авторов предлагаемого способа наиболее близким по технической сущности и химическому составу стали является указанный способ производства стали. Задачей предлагаемого изобретения является получение литой стали, обладающей определенными магнитными и механическими свойствами, что позволяет применять ее при изготовлении магнитопроводов постоянных электромагнитов детекторов мюонов ускорителей пучков высокой энергии. Технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе получения литой стали, содержащей углерод, кремний, марганец, серу, фосфор, хром, медь, алюминий, никель, железо, проводят выплавку в сталеплавильном агрегате, рафинирование и корректировку химического состава, разливку на машине непрерывного литья в слябы с последующим охлаждением. Сталь дополнительно содержит азот при следующем соотношении ингредиентов, % по массе:
Углерод - 0,04 - 0,12
Кремний - 0,04 -0,30
Марганец - 0,20 - 0,50
Сера - Не более 0,025
Фосфор - Не более 0,050
Хром - Не более 0,10
Медь - Не более 0,25
Алюминий - Не более 0,028
Никель - Не более 1,0
Азот - 0,005 - 0,012
Железо - Остальное
Корректировку химического состава проводят следующим образом: соотношение содержаний углерода, кремния, марганца, алюминия и азота определяют из выражения
k=(200-м)/810,
где м - заданная величина относительной магнитной проницаемости, k - параметр соотношения содержаний этих элементов, величину которого поддерживают в пределах 0,031-0,062 и определяют по формуле:
k = 0,23[С] + 0,10[Si] + 0,05[Mn] + 0,09[Аl] + 0,06[N],
где [С], [Si], [Mn], [Al], [N] - содержание в % по массе соответствующих элементов, а отношение содержаний алюминия к азоту численно не превышает 5,0 и марганца к сере численно равно не менее 20,0. Непрерывную разливку производят с массовым расходом жидкой стали, который определяют по формуле:
М=К
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8226.gif)
где М - массовый расход жидкой стали, кг/с; К - расходный коэффициент, равный 2,8-5,0 кг/с; а - ширина сляба, м; в - толщина сляба, м, причем температуру поверхности при выходе слябов из машины непрерывного литья выдерживают в пределах 700-850oС, затем слябы охлаждают в течение 0,5-2,0 ч до температуры 550-650oС и далее охлаждают в течение 30-50 ч до температуры 50-70oС. Магнитная проницаемость и механические свойства определяются химическим составом и структурой стали, внутренними напряжениями, возникающими при охлаждении слябов. С учетом влияния вышеперечисленных химических элементов на магнитную проницаемость были рассчитаны их предельные содержания в стали, исключающие выделение при охлаждении мелкодисперсных фаз при рекомендуемых режимах разливки и охлаждения слябов (нитриды, сульфиды, карбиды). Мелкодисперсные фазы снижают магнитную проницаемость и исключают возможность получения требуемой. При этом рассматривалось также влияние этих химических элементов на механические свойства стали. Влияние химических элементов на механические свойства стали проявляется через упрочнение твердого раствора. Именно поэтому необходимо поддерживать определенное соотношение между содержаниями марганца и серы, алюминия и азота и использовать предлагаемый способ получения стали. Структура литой стали зависит не только от ее химического состава, но и от режимов разливки и последующего охлаждения. В предлагаемом способе эти режимы подобраны таким образом, чтобы исключить выделение мелкодисперсных фаз и формирование высокого уровня внутренних напряжений, получить структуру в средней части сляба без ликваций и рыхлостей. Попытка разливки стали предлагаемого состава по режимам известного способа позволила получить относительную магнитную проницаемость в диапазоне 150-175 с точностью
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/177.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/177.gif)
Для магнитопровода массой 16000 т постоянного магнита детектора мюонов сверхмощного ускорителя протонов (с энергией протонов 40 ТэВ) требовалась сталь с величиной относительной магнитной проницаемости 163
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/177.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/963.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/963.gif)
k=(200-м)/810=(200-163)/810=0,045,
что укладывается в регламентацию этого параметра - 0,031-0,062. Выплавили сталь следующего химического состава, % по массе:
Углерод - 0,078
Кремний - 0,093
Марганец - 0,30
Сера - 0,014
Фосфор - 0,016
Хром - 0,08
Медь - 0,15
Алюминий - 0,026
Никель - 0,05
Азот - 0,009
Железо - Остальное
чтобы согласно уравнению
k = 0,23[С] + 0,10[Si] + 0,05[Mn] + 0,09[Аl] + 0,06[N],
величина k равнялась 0,045. k=0,23
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8226.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8226.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8226.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8226.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8226.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8226.gif)
М=(2,8-5,0)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8226.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/177.gif)
Формула изобретения
Углерод - 0,04 - 0,12
Кремний - 0,04 - 0,30
Марганец - 0,20 - 0,50
Сера - Не более 0,025
Фосфор - Не более 0,050
Хром - Не более 0,10
Медь - Не более 0,25
Алюминий - Не более 0,028
Никель - Не более 1,0
Азот - 0,005 - 0,012
Железо - Остальное
а корректировку химического состава проводят следующим образом: из выражения
k=(200-м)/810,
где м - заданная величина относительной магнитной проницаемости,
определяют параметр k, величину которого поддерживают в пределах 0,031-0,062, а соотношение содержаний углерода, кремния, марганца, алюминия и азота определяют по формуле
k=0,23[С]+0,10[Si]+0,05[Mn]+0,09[Al]+0,06[N],
где [С], [Si], [Mn], [Al], [N] - содержание соответствующих элементов, % по массе,
а отношение содержаний алюминия к азоту численно не превышает 5 и марганца к сере численно равно не менее 20, непрерывную разливку производят с массовым расходом жидкой стали, который определяют по формуле
М=К
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8226.gif)
где М - массовый расход жидкой стали, кг/с;
К - расходный коэффициент, равный 2,8-5,0 кг/с;
а - ширина сляба, м;
в - толщина сляба, м,
причем температуру поверхности при выходе слябов из машины непрерывного литья выдерживают в пределах 700-850oС, затем слябы охлаждают в течение 0,5-2,0 ч до температуры 550-650oС и далее охлаждают в течение 30-50 ч до температуры 50-70oС.