Способ раскисления и микролегирования рельсовой стали

 

СПОСОБ РАСКИСЛЕНИЯ И МИКРОЛЕГИРОВАНИЯ РЕЛЬСОВОЙ СТАЛИ, включающий присадку в расплав мйкролегирующего сплава в смеси с силикомагнием , о т л и ч а ю щ и ii с я тем, что, с целью снижения загрязненности стали неметаллическими включениями, улучшения усвоения модифицирующих и снижения угара легирунмцих элементов , в смеси с силикомагнием в расплав вводят силикомарганецтитан в количестве 4-8 кг/т при соотношении в смеси титана, кремния, марганца и магния соответственно 1:

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1117323 з(д1) С 21 С 7/06

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУу t: (21) 3587986/22-.02 (22) 06 ° 05.83. (46) 07.10.84. Бюл. 1уу 37 (72) И.С. Тришевский, В.А. Степанов, И.Д. Донец, В.А. Паляничка, М.С. Гордиенко, В.А. Мелеков, В.А. Плохих, Б.К. Андреев, В.А. Вихлевщук, А.В. Великанов, В.Н. Дьяконов, О.В. Носоченко, К.А. Брызгунов, Н.Т. Висторовский, И.И. Люборец, В.И. Ерко и А.В. Жовтяк (7!) Украинский ордена Трудового

Красного Знамени научно-исследовательский институт металлов (53) 669.187,25(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 398627, кл. С 21 С 5/52, 1973.

2. Меликов В.А. и др. Технология раскисления, модифицирования и микролегирования рельсоврй стали комплексной кремнийтитановой лигатурой.

Сб. "Повышение качества железнодорожных рельсов и колес". Харьков, УкрНИИМет, 1982, с. 25-26. (54) (57) СПОСОБ РАСКИСЛЕНИЯ И МИКРОЛЕГИРОВАНИЯ РЕЛЬСОВОЙ СТАЛИ, включающий присадку в расплав микролегирующего сплава в смеси с силикомагнием, отличающийся тем, что, с целью снижения загрязненности стали неметаллическими включениями, улучшения усвоения модифицирующих и снижения угара легирующих элементов, в смеси с силикомагнием в расплав вводят силикомарганецтитан в количестве 4-8 кг/т при соотношении в смеси титана, кремния, марганца и магния соответственно 1:(8-20)

:(32-74):(0,4-1,6) 1117

Изобретение относится к производству стали, в частности к производству рельсовой стали.

Известен способ производства стали .для железнодорожных рельсов, по которому сталь раскисляют в ковше смесью, состоящей из силикокальция в количестве 2-2 5 кг/т и ферротитаиа. 0,4-2 кг/т (1 .

Указанный способ по сравнению с IО

Ф применяющимся в настоящее время раскислением стали в ковше ферросили цием и алюминием обеспечивает снижение загрязненности металла строчечными оксидными включениями. 15

Недостатком способа является повышенный угар марганца, который ввоЪ дитсн для предварительного раскисленнн ма галла в печь, в виде ферромарганца или силикомарганца. Другим . 20 недостатком указанного способа является нестабильное усвоение силикона п1-ция, — сплав этот легкий (почти в 2 раза легче жидкой стали), поэтому всплывает на поверхность стали и 25 сгорает за счет кислорода атмосферы.

Мà»о помогает улучшению усвоения ввод с шикакальция в смеси с тяжелым феррс>ггианом, так как последний ввод1ггся в небольшом количестве 30

0,4-2 кг/т. Из-эа этого загрязняется атмосфера, не все включения модифицируются, Суммарная загрязненность стали наход пся на уровне или превышает его по сравнению с обычным раскисленисм ферросилицием и алюминием. Причем в металле наблюдаются строчки нитридов и карбонитридов титана, которые по неблагоприятному воздействию на эксплуатационную стойкость рельсов аналогичны . оксидным строчкам.

С нестабильным усвоением силикокальция связан также перевод во II кла с окало 257 термоупрочненных рельсов вследствие пониженной ударной вязкости, Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ раскисления рельсовой стали в конше снликомагнием и силикотитано-50 вым сплавами (2j .

К недостаткам известного способа можно отнести то, что предварительное раскисление стали также осуществляется в печи силикомарганцем или ферромарганцем, что приводит к ловышенному угару марганца и кремния.

Сплпкотнтан имеет высокое содержание

323 2 титана (около 367), поэтому его вводят небольшое количество — О, 1-0, 15 кг/т стали. Поэтому при малейших неувязках (заклинивание небольшой порции

SiTi в течке бункера, задержка в шлаке части сплава и т.п.) имеют место выпады по содержанию титана в стали.

Силикомагний имеет небольшую плотность (около 3 г/см ), поэтому в значительном количестве всплывает и угорает на зеркале металла. Малое количество вводимого сравнительно тяжелого силикотитана не может улучшить погружение силикомагния.

Наконец, при применении известного способа также образуются тугоплавкие включения Si02- MgO- Ti02, которые плохо всплывают и загрязняют металл.

Целью изобретения является снижение загрязненности стали неметаллическими включениями, улучшение усвоения модифицирующих и снижение угара легирующих элементов.

Для достижения указанной цели по способу раскисления и микролегирования рельсовой стали, включающему присадку в расплав микролегирующего сплава в смеси с силикомагнием, в смеси с силикомагнием в расплав вводят силикомарганецтитан в количестве

4-8 кг/т при соотношении в смеси титана, кремния, марганца и магния соответственно 1:(8-20):(32-74):

:(0,4-1,6).

В качестве силикомарганецтитана может быть использован сплав, содержащий, мас.7:

Кремний 10-25

Марганец 50-80

Титан 1,5-6

Железо и примеси Остальное

Сплав имеет большую плотность (около 6 г/см ), хорошо погружается в металл, обеспечивая стабильно высокое усвоение титана, сравнительно низкий угар марганца (по сравнению с вводом его в печь) °

В качестве силикомагния может быть использован сплав, содержащий, мас. 7.:

Кремний 40-60

Магний 2-6.

Железо и примеси Остальное

Соотношение кремния и магния в этом сплаве обеспечивает улучшение его усвоения за счет ввода с боль1117323 4 шим количеством тяжелого силикомарганецтитана и снижение окисленности металла в основном эа счет кремния, благодаря чему достигается достаточно полное использование магния для непосредственного воздействия на структуру металла.

Отношение Simg:SiMnTi должно быть не менее 0,25, чтобы обеспечить получение включений благоприят- 10 ной природы (Si02- Тi02- MnO — MgO) и ввести в металл достаточное количество магния, предупреждающего образование цементитной сетки по грани- цам зерен, В противном случае повышается содержание окислов и нитридов титана в металле, увеличивается угар кремния, марганца и титана изза недораскисленности металла.

При отношении, большем 1,0, в сме- 20 си будет большое количество легкого силикомагния, который будет частично всплывать на зеркало металла и сгорать за счет кислорода атмосферы. .При этом усвоение магния снижается 25 с 57-70 до 45,87, увеличивается также содержание неметаллических включений в металле.

Введение смеси с указанным соотношением титана, кремния, марганца и магния 1:(8-20):(32-74):(0,4-1,6) обеспечивает образование включений типа Si02- Ti02- MnO — MgO с т.пл.

1300-1400 С, т.е. значительно ниже

0 температуры эатвердевания стали. Поэтому включения находятся в стали в жидком состоянии, хорошо коалесцируют и всплывают; Оставшиеся мелкие включения будут иметь благоприятную глобулярную форму, т.е. практически 4 не будут оказывать отрицательного воздействия на эксплуатационную стойкость проката.

Указанное соотношение компонентов

45 в смеси обеспечивает также формирование дисперсной структуры с межпласти- ночным расстоянием в перлите 1,01,5 мкм и предупреждает выделение цементитной сетки по границам зерен.

I 50

Уменьшение содержания кремния в смеси приводит к повышенному угару магния и к увеличению межпластиночного расстояния в перлите (в конечном счете к снижению механических свойств 55 металла). Соответствующим образом действует и снижение содержания магния в смеси.

Увеличение содержания кремния в смеси нецелесообразно с точки зрения обеспечения требуемого химического состава большинства спокойных марок стали. При увеличении содержания магния в смеси избыток его испаряется (температура кипения магния значительно ниже температуры жидкой стали) и загрязняет атмосферу.

Оптимальное количество вводимого со смесью титана равно 0,01-0,0351.

При меньшем количестве титана не обеспечивается диспергирование структуры металла, при большем — не исключается образование избыточных количеств нитридов и карбонитридов титана, вытягивающихся в строчки и оказывающих отрицательное воздействие на эксплуатационную стойкость проката.

Уменьшение содержания марганца в смеси приведет к ухудшению усвоения магния и титана, так как смесь станет легкой. Увеличение марганца в смеси нецелесообразно, так как может привести к неравномерному его распределению по объему ковша и к охлаждению металла.

Одновременное введение силикомарганецтитанового сплава в количестве

4-8 кг/т и силикомагния позволяет снизить угар марганца, увеличивает степень использования титана и магния, повышает степень раскисленности металла, предотвращает образование цементитной сетки. При этом изменяется природа неметаллических включений, что обеспечивает хорошее удаление их из металла. Поэтому снижается суммарное количество включений и резко уменьшается длина строчек их в металле.

Смесь готовят из дробленьж спла- вов с размером кусков силикомарганецтитана до 50 мм и силикомагния до

80 мм. Смесь вводят после наполнения ковша на 1/4-1/3 высоты.

Пример. Сталь марки М76 выплавляют в 200-килограммовой индукционной печи. По достижении содержания углерода в металле 0,67-0,70Х и температуры 1580-1600 С в печь

О вводят силикомарганец или ферромарганец из расчета получения в металле марганца 0,3-0,6Х. Металл выпускают в .ковш емкостью 50 кг. После наполнения ковша на 1/4-1/3 высоты вводят смесь силикомарганецтитана в количестве 4-8 кг/т и силикомагния в ко1117323

Согласно данным опытной проверки предлагаемый способ в сравнении с известным дает снижение загрязненности стали неметаллическими включениями в 2-2,2 раза; уменьшение угара марганца в 1,8-2,2 раза; кремния в

1,6-1,9 раза; титана — в 1,8-2,1 раза; повышение степени усвоения магния в 1,6-2,0 раза.

Лучшие результаты получены при .применении вариантов 2-4.

Кроме того в полученном металле имеются только точечные нитриды и карбонитриды титана, тогда как при применении известного способа длина строчек этих соединений достигает

1,8 мм; длина строчек окисных. включений снижается с 1,7 до 0,2 мм (оценка по максимальной длине); ударная вязкость металла в термоупрочненном состоянии повышается с 295 до 390 кДж/м2 .

Расход раскислителей в ковш, кг/т

SiMnTi SiNg SiTi Отношение Ti:

Si:Mn:Мя

Химический состав стали, Ж

С Mn Si S

Вариант

0,77 0,88 0,26 0,022

0,76 0,91 0,28

0,021

0,30 0 020

0,76 0,92

0,77 0,96

0,78 0,95

0,77 0,89

0,31

0,021

0,29

0,023

0,023

Нет 3 О 12

6 (по известно- му способу) Продолжение таблицы

Вари ант

Содержание неметаллических включений, 7

Угар элементов

Химический состав стали, .%

Усвоение

М, Е

Mn Si Ti

Р Ti 0 окислов нитрндов и карбонитридов

1 0,019 0,008 0,0038 0,0085 0,0012

2 0,018 0,010 0,0036 0,0075 0,0009

3 0,018 0,013 0,0034 0,0067 0,0007

0,0008

Ф личестве 2-4 кг/т. Металл во втором ковше раскисляют аналогичным образом.

Затем в печь добавляют силикомарганец или ферромарганец из расчета получения в металле 0,97 марганца. s

Металл выпускают в два ковша емкостью по 50 кг. После наполнения их на

1/4-1/3 высоты вводят силикомагний в количестве 3 кг/т и силикотитан в количестве О, 12 кг/т.

Слитки прокатывают на заготовку — квадрат 56 мм. По одной заготовке, изготовленной по предлагаемому и известному способам, подвергают .закалке в масле.

От неэакаленных И закаленных заготовок отбирают пробы для изучения химического состава, природы, распределения и содержания неметаллических 20 включенИЙ, механических свойств и др.

Результаты приведены в таблице.

3 9 4 1 Нет 1:19 31 :1 7

4 4 -"- 1:20:32:1,,6

6)5 3 -"- 1:14:54:1,1

2 -"" 1:8:74:0,4

8,3 1,9 -"- 1:7:75;0,35

4 0,019 0,015 0,0035 0,0080

18,6 16,2 38,1 45,8

16,3 12,4 28,3 57,4

1Зуi 12 3 2412 68э3

14,1 14,1 25,1 70,8

1117323

11родолжение таблицы

Химический состав стали, 7

Вариант

Усвоение

Ми X

Содержание немегар элементов таллических вклю чений, 7.

Мп т1

5. О ° 020

0,020 0,0041 0,0089 0,0014

16,8 16,5 29,8 72,6

Составитель И. Олесеюк

Редактор Н. Егорова Техред 3.Палий Корректор А. Обручар

Заказ 7153/17 Тираж 539 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

6. (по известному способу) 0,020 окислов нитридов и карбонитридов

0,021 0,0064 0,0146 0,0018 29,5 23,2 51,2 36,2