Сплав для раскисления и модифицирования рельсовой стали

 

СПЛАВ ДЛЯ РАСКИСЛЕНИЯ- И МОДИФИЦИРРВАНИЯ РЕЛЬСОВОЙ СТАЛИ, содержащий кремний, .ванадий, марганец , титан, магний, алюминий, железо о тлич ающий с я тем, что, с целью уменьшения загрязненности стали неметаллическими оксидными включениями, он дополнительно содержит редкоземельные металлы при следующем соотношении компонентов, мас.%:. Кремний30-50 Ванадий4,0-8., О Марганец . 8,0-18 Титан .0,5-1,5 Магний 0,2-0,9 Алюминий 0,5-1,5 Редкоземельные 3,0-15 металлы (Л Желе зо Остальное

(19) (i 1)l

СО103 СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

1 ЕСГ1УЬЛИН

4(53) С 2 С 35/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (Л

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕ ГЕНИЙ И ОТКРЫТИИ (21) 3537270/22-02 (22) 03. 11. 82 (46) 07.06.85. Бюл. № 21 (72) А.Г.Рабинович, И.Г.Волков, М.С.Гордиенко, А.Н.Глазов, Н.Г.Никулин, Н.А.Фомин, Н.С.Юдин,;

Г.И.Сальникбв и Ю. П. Канаев (71) Украинский ордена Трудового

:Красного Знамени научно-исследовательский институт металлов (53) 669.13-198(088.8} (56) 1. Авторское свидетельство СССР № 283591, кл. С 22 С 35/00, 1969.

2, Авторское свидетельство СССР № 990853, кл. С 22 С 35/00, 1984. (54) (57) СПЛАВ ДЛЯ РАСКИСЛЕНИЯ И МОДИФИЦИРОВАНИЯ РЕЛЬСОВОЙ СТАЛИ, содержащий кремний,,ванадий, марганец, титан, магний, алюминий, железо отличающийся тем, что, . с целью уменьшения загрязненности стали неметаллическими оксидными включениями, он:дополнительно содержит редкоземельные металлы при следующем соотношении компонентов, мас.Х;

Кремний 30-50

Ванадий 4,0-8,,0

Марганец 8,0-18

Титан 0,5-1,5

Магний 0,2-0,9

Алюминий 0,5-1,5

Редкоземельные металлы

Желе зо

1159959

30-5 О

4,0-8,0

8,0-18

0,,5-1, 5

0,2-0,9

Изобретение относится к металлур. гии, в частности к составам сплавов, используемых для легирования и моди-, фицирования стали.

Известен сплав j1), содержащий, мас.Х:

Марганец 10-60

Кремний 25-60

Алюминий 2, 0-15

Магний 0,3-0,6

Железо Остальное

Однако получение мелкого зерна, высокой ударной вязкости и здоровой макроструктуры можно достичь лишь при досгаточно большом содержании алюминия в металле {более 0,01K), однако в этом случае в металле возникают строчечные оксидные включения; при меньшем содержании алюминия можном предотвратить образование строчечных оксидных включений, но при этом не будут выполнены требования по другим показателям качества металла.

Наиболее близким к предложенному . по технической сущности и достигаемо,му результату является сплав 1 2) для раскисления и модифицирования рель.совой стали содержащий, мас.Ж:

Кремний 30-49

Кальций 6-20

Ванадий 4- 20

Марганец 1- 10

Титан I,5-4; О

Алюминий 0 3-0,8

Фосфор 0,5-1,5

Железо Остальное

Однако использование предложен-. ного сплава не позволяет получить 4р металл, не загрязненный неметаллическими оксидными включениями.

Целью изобретения является уменьшение загрязненности стали неметаллическими оксидными включениями. 4$

Поставленная цель достигается тем, что сплав для раскисления и модифицирования рельсовой стали, содер. жащий кремний, ванадий, марганец, титан, магний, алюминий и железо, щ

-дополнительно содержит редкоземельные металлы при следующем соотношении компонентов, мас.Ж:

Кремний

Ванадий Ы

Марганец

Титан

Магний

Алюминий .. О, 5-1, 5

Редкоземельные металлы 3, 0-15

Железо Остальное .Алюминий и титан в сплаве содержатся в количествах, исключающих образование строчечных включений глинозема и карбонитридов титана.

Более того, мелкие взвеси частиц глинозема и карбонитридов титана являются центрами выделения глобулярных включений окислов и сульфидов магния и РЗМ. Магний содержится.в количествах, близких к растворимости его в металле при расходе сплава около

6 кг/т стали, что исключает заметный вынос в атмосферу цеха окислов маг" ния. РЗМ обладают способностью об-, разовывать глобулярные включения оксидов и сульфидов, однако надкритические содержания РЗМ могут вызвать образование строчечных оксидов. Образование неметаллических включений глобулярнрй формы очень. важно для достижения высоких значений ударной вязкости металла в продольном и поперечном направлениях по отношению к прокатке.. Большой процент плавок. с пониженной ударной вязкостью рельсов при использовании сплавов на основе кальция обусловлен низкой растворимостью последнего в металле и нестабильностью усвоения era металлом, в результате чего в ряде плавок образуются включения пластичных силикатов, что и приводит к понижению ударной вязкости.

Глобуляризация оксидов, кроме РЗМ, в рекомендуемом сплаве способствует также Ti u Ng.

При расходе сплава 6 кг/т стали и содержании серы в стали практически до О,ОЗЖ содержание РЗМ должно быть

0,067 в металле или около 10Х в сплаве.

Модифицирующее действие ванадия заключается не в изменении типа оксидов или сульфидов, на природу .которых ванадий не может влиять в присутствии сильных раскислителей и десульфураторов в сплаве, а в измельчении структуры металла за счет образова. ния карбидов и нитридов ванадия.

Модифицирующий эффект ванадия достигается при его содержании в металле

0,03-0,067 (при более низких значениях модифицирующее воздействие оказывается недостаточным,, при более

15 — . — Остальное

50 - 18 1,5 0,9 15 -8

2, 50 18 05 02 05 4

42 13,5 1;О 0,6 1,0 6,5

30 8 05 02 05 4

3 !

5 30 .8 15

0,9 f 5 8

29,5 7.,6 0,4 0,15

2,8

12 1,0

0,4. 3,8

40,0 5,0 0,5 3,45

Известный

1,5 12

0,025 серы и фосфора. В плавке 8 с использованием сплава 7 содержание алюминия в металле составляет 0,0147, 1 содержание магния- — на уровне-остальных плавок, P3N, 7 и Ti не обнаружены.

Металл всех ковшей разлит на слитки массой 50 кг. Слитки прокатали на квадрат 56 мм. Результаты исследования качества металла по загрязненности его. строчечными оксидными включениями и ударной вязкости приведены в табл. 2. Качество макроструктуры всех исследованных головных заготовок удовлетворительно. Результаты механических испытаний на растяжение заготовок от всех восьми плавок существенно превышают требования стандарта на рельсовую сталь.

Таблица2

Сплавы изготовлены сплавлением чистых металлов и ферросплавов, силикомарганца, 90Х ферросилиция, феррованадия, мишметалла, силикомаг" .ния„ металлического магния, титана, алюминия и марганца. Полученные . 3s сплавы однородны и плотны.

Сйлавы опробуют при раскислении рельсовой стали. Сталь выплавляют в дуговой электропечи ДСН-0,5. По достижении содержания углерода 40 .в.металле 0,70-0,75Х сталь раскисляют s печи ферромарганцем и силикомарганцем из расчета получения в стали 0,1-0,2Х Siи 0,7-0 9X Мп.

При 1575-1585 С плавку выпускают 45 последовательно.в два ковша объемом по 300 кг металла. Во время выпуска в каждый из ковшей дают сплав различного состава. Все

: сплавы дают из расчета ввода 400- .50 С

600 г РЗИ на 1 т стали (сплав 8 из расчета ввода 350 г алюминия на 1 т стали). Всего провели 4 плавки и получили 8 плавок-ковшей.

Готовая сталь содержит, Х: C 0,74- $5

0,79; Ип О,85-1,0; Si 0,27-0,39;

РЗМ 0,03-0,05, V 00,03-0,06, тысячные., доли процента Mg, Al u Tj., по 0,020 -

0,42

0,6.

0,41.

0,2

3 159959 ., 4 высоком наблюдается охрупчивание сидными включениями и механические металла) . Поэтому для проведения . свойства ее, изготовлены шесть сосопытов нада исследовать состав спла- тавов сплава с граничными и оптимальва в области содержания ванадия ными соотношениями всех ингредиен.3-10%. Вввиду дефицитности и высокой 5 тов. Для обеспечения сопоставительстоимости ванадия верхний предел ного анализа с прототипом изготовограничен - 8%.. лен известный сплав с оптимальным

Пример:. Для определения, соотношением ингредиентов. Химичесвлияния приведенных сплавов на за- кий состав приготовленных сплавов грязненность стали строчечными ок-. 1О приведен в табл. 1.

7 б 11599

Продолжение табл.2

0,42

0,3

0,39

0,40

0,2

0,37

0,5

0,48

0,9

Известныйй о ток, что тенденции увеличения дли- Ожидаемый годовой экономический ны строчек наблюдаются как в случае эффект от использования предложенноувеличения степени раскисленности го сплава составляет 2,15 млн. руб.

Составитель Н.Шепитько

Редактор П.Коссей Техред Т.Фанта Корректор А. Тяско

Заказ 3696/24 Тираж 583 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r.Óæãoðîä, ул.Проектная, 4

Еак видно из табл. 2, во всех случаях загрязненность стали строчечными оксццными включениями опытного металла значительно ниже, чем сравнительного, при этом ударная вязкость оказывается более высокой. При использовании предлагаемого сплава наллюдается тенденция увеличения длины строчек оксидов как в сторону увеличения, так и снижения процента

РЗМ в сплаве от оптимального. При использовании crmasa 4 (оптимальный состав) строчвчныв включения не обнаруживаются вовсе, При увеличении содержания РЗИ наблюдается появление небольщнх строчек оксидов РЗМ. Это увеличение более значительно для I сплава 1 где., кроме РЗМ, на верхнем пределе находится также содержание _#_g Ti Al u V а для сплава 2, где содержание указанных элементов находится на нижнем пределе (при максимальном для сплава содержании

РЗИ)., это увеличение заметно меньше. полученные данные свидетельствуют

59 6 металла (от оптимальной) за счет

РЗМ, так и других раскислителей, хотя строчечные оксиды главным образом представлены окислами Р3М. При пре-. вышении верхнего предела по раскислителям длина строчек становится критической с точки зрения требований к рельсам 1 группы (должна быть не более 2 мм, обнаружены строчки длиной до 1,0 мм). При снижении содержания РЗМ в сплаве ниже оптимального значения наблюдается также увеличение длины строчек ввиду появления более. крупных включений, причем здесь наблюдается иная картина: при увеличении содержания Mg, Al, Ti увеличение оказывается меньшим, так как в этом случае указанные элементы связывая часть кислорода, препятствуют получению более крупных включений.

Уменьшение содержания РЗМ, Mg, Al и Ti ниже нижнего предела приводит к повышению длины строчек. В целом же все плавки, металл которых был раскислен и модифицирован сплавом в заданном диапазоне колебаний компонентов, практически не загрязнены строчечнымн оксидными включениями (длина строчек до 0,6 MM) и полностью выдержали требования стандарта для рельсов 1 группы (длина строчек не более 2 мм) .

В отношении ударной вязкости наблюдается общая тенденция повышения ее по мере увеличения содержания Р3М, Mg Al u Ti в сплаве. Но во всем диапазоне колебаний этих элементов ударная вязкость остается на достаточно высоком уровне.