Способ получения ванадийсодержащей стали

 

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к технологии получения стали с обработкой расплава в ковше раскислителями,модификаторами и микрорегулирующими элементами. Цель изобретенияулучшение качества поверхности, увеличение выхода годного проката, улучшение свариваемости, повьшение ударной вязкости при отрицательных температурах и технологичности при холодном изгибе. В способе получения ванадийсодержащей стали, включающем выпуск расплава из сталеплавильного агрегата, например мартеновской печи, в ковш, введение в ковш перед выпуском плавки феррованадия и в процессе выпуска 1/5-1/2 расплава в его поток смеси ферросилиция и силикомарганца, затем алюминия и 0,3- 1,5 кг/т ферротитана, в расплав вводят дополнительно до присадки ферросилиция и сштикомарганца 0,5-2,5 кг/т силикоциркония и 0,5-2,5 кг/т силикокальция, а алюминий вводят в два приема: 40-60% до начала введения ферросилиция и силикомарганца и 40- 60% после введения ферротитана.Улучшение ударной вязкости при отрицательньгх температурах и технологичности при прокатке и сварке достигается, если в расплав вводят небольшое количество (0,002-0,01%) азота, в особенности , если азот вводят азотсодержащим ферросплавом одновременно с силикоцирконием. 2 з.п. ф-лы, 3 табл. W 00 ю оо ел со

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1323579 A 1 (51)4 С 21 С 7/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4048086/22-02 (22) 20.02.86 (46) 15.07,87; Бюл. Р 26 (71) Орско- Халиловский металлургический комбинат и Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии им. И.П.Бардина (72) В.M.Бреус, В.Г.Милюц, В.В.Павлов и С.Л.Чирихина (53) 669.046 (088.8) (56) Типовая технологическая инструкция ТТИ-5.4-15-17-78, Минчермет

СССР. Днепропетровск, 1978, п.п.67-88

Авторское свидетельство СССР и 502958, кл. С 21 С 7/06 1972.

Авторское свидетельство СССР

9 582301, кл. С 21 С 7/06, 1975.

Технологическая инструкция ОрскоХалиловского металлургического комбината ТИ-М-01-77. 1977, п.п. 9,119.17. (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВАНАДИЙСОДЕРЖАЩЕЙ СТАЛИ (57) Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к технологии получения стали с обработкой расплава в ковше раскислителями,модификаторами и микрорегулирующими элементами. Цель изобретенияулучшение качества поверхности, увеличение выхода годного проката, улучше ние с вариваемости, повышение ударной вязкости при отрицательных температурах и технологичности при холодном изгибе ° В способе получения ванадийсодержащей стали, включающем выпуск расплава из сталеплавильного агрегата, например мартеновской печи, в ковш, введение в ковш перед выпуском плавки феррованадия и в процессе выпуска 1/5-1/2 расплава в его поток смеси ферросилиция и силикомарганца, затем алюминия и 0,31,5 кг/т ферротитана, в расплав вводят дополнительно до присадки ферросилиция и силикомарганца 0,5-2,5 кг/т силикоциркония и 0,5-2,5 кг/т силикокальция, а алюминий вводят в два приема: 40-60Х до начала введения ферросилиция и силикомарганца и 4060Х после введения ферротитана.улучшение ударной вязкости при отрицательных температурах и технологичности при прокатке и сварке достигается, если в расплав вводят небольшое количество (0,002-0,01X) азота, в особенности, если азот вводят азотсодержащим ферросплавом одновременно с силикоцирконием. 2 3.п. ф-лы, Э табл.

1 13235

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к способам получения стали с обработкой расплава в ковше раскислителем, модификаторами и микролегирующими элементамие

Цель изобретения — улучшение качества поверхности, увеличение выхода годного проката, улучшение свариваемости, повышение ударной вяз- щ кости при отрицательных температурах и технологичности при холодном изгибе.

Согласно способу получения ванадийсодержащей стали, включающему вы- 15 пуск расплава из сталеплавильного агрегата, например мартеновской печи, в ковш, введение в ковш перед выпуском плавки феррованадия и в процессе выпуска 1/5-1/2 расплава в его 2р поток смеси ферросилиция и силикомарганца, затем алюминия и 0,3-1,5 кг/т ферротитана, в расплав вводят дополнительно до присадки ферросилиция и силикомарганца 0,5-2,5 кг/т силико- 25 циркония и 0 5-2 5 кг/т силикокаль" ция, а алюминий вводят в два приема:

40-607 до начала введения ферросилиция и силикомарганца и 40-60Х алюминия после введения ферротитана.

Улучшение ударной вязкости при отрицательных температурах и технологичности при прокатке и сварке достигается в том случае, если в расплав вводят небольшое количество (0,002-0,01X) азота, в частности, если азот вводят азотсодержащим фер- . росплавом (например, азотированным марганцем) одновременно с силикоцирконием.

Предлагаемый способ основан на. значительном изменении физико-химических свойств стали и неметаллических включений, определяющих уровень технологических и конструкционных свойств металла.

При контакте расплавленной ванадийсодержащей стали с воздухом происходит окисление ванадия с образованием тугоплавких оксидов. Во время разливки стали в слитки оксиды всплывают на поверхность металла, образуя так называемую корочку, представляющую собой твердую неметаллическую фазу. "Корочка" часто прилипа55 ет к стенкам изложницы и заливается расплавленным металлом, в результате чего на поверхности слитка образуются дефекты. При горячей прокатке слитков

79 2 неметаллическая фаза способствует образованию на поверхности проката дефектов и снижению выхода годного проката. "Корочка", попавшая в тело слитка, является источником повышенной загрязненности стали неметаллическими включениями и одной из причин снижения ее технологических и конструкционных свойств. Кроме того, ванадийсодержащая сталь обладает низкой способностью свариваться, поскольку при температурах сварки нитриды ванадия диссоциируют с выделением газообразного азота, ухудшающего эту характеристику стали.

Если ванадий вводят в металл после присадки ферросилиция, силикомарганца и алюминия, то оксиды алюминия служат подложкой для оксидов вана-. дия, а образующиеся комплексные оксиды, содержащие алюминий и ванадий, оказывают отрицательное влияние.

Введение ванадия перед выпуском плавки на дно ковша, ферросилиция и силикомарганца в виде смеси, затем алюминия и 0,3-1,5 кг/т ферротитана позволяет несколько улучшить технологические свойства стали, однако качество,поверхности, выход годного проката, свариваемость стали и ее способность подвергаться изгибу в холодном состоянии остаются на недостаточном уровне.

Присутствие серы, связанной в пластичные при температуре горячей прокатки сульфиды марганца, является одной из причин пониженной горячей пластичности стали. Такие сильные раскислители, как цирконий и кальций, в значительной мере защищают ванадий, алюминий и титан от окисления и способствуют образованию оксидов сложного состава с более благоприятными фиэнко-химическими свойствами.

Эти модификаторы оказывают существенное влияние на сульфидную и нитридную фазы, а также в силу своих высоких поверхностно-активных свойств на структуру и свойства стали.

Улучшение вязких свойств ванадий" содержащей стали в значительной мере зависит от вида и размера присутствующих в стали карбидов, нитридов, карбонитридов. Наилучший уровень вязкости достигается в там случае, если в ванадийсодержащей стали присутствуют комплексный титано-ванадиевый нитрид в виде дисперсных частиц стабильных размеров, равномерно распре3 13235 деленных в стальной матрице. Вязкие свойства стали зависят также и .от типа сульфидных и оксидных включений.

Технологические и вязкие свойства стали формируются под влиянием таких

5 высокоактивных элементов, как ванадий, титан, алюминий, кремний, марганец, цирконий, кальций, азот, кислород углерод и др. Все эти элементы обладают высокой активностью, в связи с чем последовательность введения их в сталь и количество вводимых элементов оказывают решающее влияние на ее свойства.

Одной из операций предлагаемого способа является дополнительное введение в металл силикоциркония и силикокальция по-0,5-2,5 кг/т каждого до начала введения смеси ферросилиция и силикомарганца. Силикокальцйй яв- 20 ляется сильным раскислителем и его введение на ранних этапах выпуска плавки предохраняет ванадий от окисления и способствует образованию неметаллических включений на основе си-25 ликатов кальция, имеющих большие размеры и относительно легко удаляющихся из стали. Кроме того, кальций легко испаряется в стальном расплаве и создает экранирующую завесу, уменьшающую поступление к металлу воздуха и снижающую вторичное окисление. Введение силикокальция до присадки смеси ферросилиция и силикомарганца уменьшает взаимодействие марганца с кислородом и уменьшает количество хрупких включений скликатов и алюмосиликатов марганца.

Кальций, кроме того, взаимодействует с серой в жидком металле, свя-40 зывая ее в тугоплавкие сульфиды кальция и предотвращая образование в стали наиболее опасных пластичных при температурах горячей прокатки сульфидов марганца. 45

Кальций — сильный поверхностноактивный элемент и модификатор. Он изменяет свойства границ раздела и способствует формированию. благоприятной структуры и высоких свойств стали5О

Введение кальция во время или после присадки смеси ферросилиция и силикомарганца не способствует значительному уменьшению количества xpynt ких оксидных силикатных фаэ и недостаточно подавляет образование пластичных сульфидов марганца, вследствие. чего не происходит значительного улучшения технологичности стали при го79 4 рячей прокатке. Кроме того, при введении силикокальция во время или пос-, ле присадки смеси ферросилиция и силикомарганца наблюдается повышенное окисление ванадия и низкое его усвоение сталью.

Улучшение горячей пластичности и вязких свойств стали происходит толь ко в случае введения,силикокальция в металл до присадки смеси ферросилиция и силикомарганца. При этом большое значение имеет количество силикокальция: — 0,5 кг/т является наименьшим количеством, при котором подавляется образование хрупких силикатов и пластичных сульфидов и улучшаются свойства горячей пластичности;

2,5 кг/т является наибольшим количеством, при котором наблюдает-. ся улучшение горячей пластичности стали, при введении силикокальция в количестве более 2,5 кг/т увеличивается загрязненность металла строчечными включениями алюминатов кальция.

Силикоцирконий активно взаимодействует с содержащимися в стали кислородом, серой, азотом, водородом, модифицируя неметаллические включения, предотвращает избыточное связывание с азотом и кислородом таких элементов, как ванадий, титан, алюминий. Цирконий вместе с кальцием нейтрализует серу и уменьшает ее ухудшающее влияние на свойства стали.

Следствием высокого средства циркония к водороду является уменьшение флокеночувствительности стали и уменьшение дефектов готового проката.

Введение силикоциркония в металл на ранних стадиях выпуска до присадки смеси ферросилиция и силикомарганца обусловлено следующим.

Цирконий активно взаимодействует с азотом и предотвращает избыточное связывание с ним титана, в связи с чем цирконий целесообразно вводить в расплав до присадки титана.

Силикоцирконий относительно плохо растворяется в стали, поэтому его ранняя присадка в металл с наиболее высокой температурой целесообразна с точки зрения усвоения и равномерного распределения циркония.

Цирконий образует с азотом нитридные включения, которые служат зародышевыми центрами для оксидов и способствуют образованию в жидком метал5 132357 ле крупных включений, быстрее всплывающих в стали. В металле остаются дисперсные включения нитридов циркония, которые способствуют формированию мелкозернистой структуры и улучшению вязкости стали. Кроме тоГо, цирконий оказывает влияние на свариваемость стали, поскольку связывает азот в прочные соединения и препятствует его выделению во время сврки, t0 кристаллизации и охлаждения эоны сварного шва.

Как .видно, присадка циркония на ранних стадиях выпуска до присадки смеси ферросилиция и силикомарганца !5 обеспечивает достижение положительных эффектов, в то время, как перенесение присадки силикоциркония на более поздние этапы выпуска нецелесообразно.

При ранней присадке циркония сов- 20 местно с кальцием происходит формирование наиболее благоприятных сульфидных включений, имеющих высокую температуру плавления и коэффициент термического расширения, близкий к аналогичной характеристике стали, что способствует улучшению пластических и вязких свойств стали (изгиб в холодном состоянии, ударная вязкость).

Введение силикоциркония в коли- 30 честве менее 0,5 кг/т недостаточно для одновременного эффективного воздействия на флокеночувствительность, технологические и конструкционные свойства стали,а введение силикоциркония в количестве более 2,5 кг/т приводит к ухудшению свойств из-за неравномерного распределения циркония и увеличения неоцнородности стали.

Присадку 40-60% алюминия по предлагаемому способу осуществляют до начала введения ферросилиция и силикомарганца (по известному способу) алюминий вводят после присадки ферросилиция и силикомарганца) . Это способствует уменьшению содержания в стали неметаллических включений типа алюмосиликатов и марганцевых алюмосиликатов в связи с тем„ что образующиеся после присадки алюминия частички глинозема служат зародышевыми центрами, на которых развиваются реакции раскисления металла кремнием и марганцем и отлагаются продукты этих реакций с образованием крупных вкпючений, легко удаляющихся из расплава. В том случае, когда в металл вводят ферросилиций и сили9 6 и комарганец раньше, чем алюминий, раскисление кремнием и марганцемпротекает медленнее,чем обраэующиесячастички силикатов марганца разрушаются вводимым затем алюминием, в результате включения хуже удаляются из металла и свойства стали ухудшаются.

Остальное количество алюминия (40-607) в сталь вводят после присадки ферротитана. Этим обеспечивается частичное участие титана в процессе раскисления в стали и формировании титансодержащей: оксиднои фазы, которая при горячей прокатке не приводит к образованию грубых рванин и нарушений сплошности металла. При введении ферротитана после алюминия в составе оксидных неметаллических включений не обнаруживают титан, горячая пластичность стали не улучшается, ударная вязкость металла и сварного соединения, пластичность в холодном состоянии улучшаются лишь незначительно.

Соотношение между алюминием, введенным с первой и второй порциями (от 4:6 до 6".4), оказывает влияние на количество и состав неметаллических включений, технологичность при горячей прокатке и ударную вязкость стали. Уменьшение соотношения менее

4:6 (40% в первой порции и 607 во второй) увеличивает загрязненность стали включениями алюмоснликатов, а увеличение соотношения более 6:4 (607 в первой порции и 40% во второй) приводит к повышенному содержанию в стали частичек корунда и увеличению ее трещиночувствительноСти при прокатке. И в первом и в другом случае увеличивается количество дефектов и уменьшается выход годного проката.

Положительный эффект при реализации предлагаемого способа улучшается за счет дополнительного введения в расплав 0,002-0,017 азота. Если азо г вводят азотсодержащим ферросплавом, то целесообразнее вводить его одновременно с силикоцирконием.

Дополнительно вводимый в металл азот способствует увеличению количества дисперсных нитридов циркония, облегчает формирование мелкозернистой структуры и вязкости стали. Часть нитридов циркония служит также за-родышевыми центрами, облегчающими формирование крупных включений и ускоряющими их удаление из стального

7 13235 расплава. Введение азота в виде азотсодержащего сплава одновременно с силикоцирконием ускоряет растворение силикоциркония как за счет дополнительного перемешивания расплава при выделении азота из азотсодержащего сплава (кинематический фактор),так и эа счет связывания циркония в соединения и уменьшения его в зоне реакции (термодинамический фактор), Введение 10 азота s количестве менее 0,002% не приводит к заметному улучшению свойств стали,а введение его в количестве более

0,010 сопровождается образованием крупных нитридов и ухудшением горя- f5 чей пластичности и ударной вязкости стали.

Пример ы 1-5. Ванадийсодержащую сталь марки 14ХГ2САФД выплавляют в основной мартеновской печи и,выпус- 20 кают в сталеразливочный ковш. Рас1 кисление, легирование и обработку металла модифицирующими и микролегирующими элементами в ковше осуществляют по следующей технологии. Перед выпуском плавки на дно ковша вводят феррованадий (на 0,10-0,12 по ванадию). Силикоцирконий в количестве

0,5-2,5 кг/т, силикокальций в коли честве 0,5-2,5 кг/т и 40-60 общего 30 количества алюминия вводят до присадки смеси ферросилиция и силикомарганца. На плавках 1,2,4 и 5 силикоцирконий и силикокальций вводят в потоке поступающего в ковш металла, на плав- 35 ке 3 — на дно ковша. Первую стадию алюминия вводят на плавках 2,3,и 5 в поток металла, на плавках 1 и 4 — на дно ковша.

В процессе выпуска 1/5-3/10 метал- 40 ла в его поток вводят смесь ферросилиция и силикомарганца, затем при выпуске 3/10-2/5 ферротитана в количестве 0,3-1,5 кг/т и в последнюю очередь вторую порцию алюминия 45

40-60 от общего era количества. На плавках 3-5 в металл дополнительно вводят 0,002-0,01 азота азотированным марганцем, который присаживают одновременно с силикоцирконием.

Плавки 7-9 обработаны в ковше раскислителями, модификаторами и микролегирующими по режимам, близким к режимам, реализованным на плавках

1-5. Хотя силикоцирконий, силикокальций, первую порцию алюминия на плавках 7 и 8 вводят до присадки смеси ферросилиция и силикомарганца, ко79 . 8 личество силикоциркония на плавке 7 меньше 0,5 кг/т, а на плавке 8 больше 2,5 кг/т, количество силикокальция на плавке 8 менее 0,5 кг/т, а на плавке 7 больше 2,5 кг/т, количество алюминия в порциях отличается от оптимального и составляет на плавке 7 36:64, на плавке 8 64:36, на плавке 8 вторую порцию алюминия вводят раньше, чем ферротитан, т.е. последовательность их введения отличается от последовательности на плацках 1-5 °

На плавке 9 алюминий вводят одной порцией раньше, чем ферротитан, аэо" тированный сплав введен раньше силикоциркония, а не вместе с ним, как на плавках 3-5, силикоцирконий и силикокальций вводят одновременно со смесью ферросилиция и силикомарганца.

Плавка 6 обработана по режимам известного способа. На дно ковша проводят присадку феррованадий, по ходу выпуска в металл вводят смесь ферросилиция и силикомарганца, затем весь алюминий и ферротитан.

Подробные режимы осуществления технологии. обработки стали и расход модификаторов, микролегирующих и некоторых раскислителей приведены в табл.1 и 2.

Металл для плавок разливают в слитки, из которых прокатывают слябы, а затем лист. Характеристики качества и свойств, изменяющегося в результате проведения предлагаемого способа, приведены в табл.3.

Как видно из приведенных в табл.

1-3 данных, осуществление технологии модифицирования, микролегирования и раскисления по режимам, реализованным на плавках 1-5, т.е. с дополнительным введением в металл до присадки ферросилиция и силикомарганца 0,5-2,5 кг/т силикоциркония и 0,5-2,5 кг/т силикокальция и введением алюминия двумя порциями: 40-60 до ферросилиция и силикомарганца и 40-60% после ферротитана, позволяет существенно улучшить ее технологичность при прокатке и холодном изгибе, увеличить выход годного на 1,7-2,7, повысить ударную вязкость при отрицательных температурах в 1,5-2 раза, улучшить свариваемость стали.

Дополнительное введение в металл одновременно с силикоцирконием 0,002«Л ! ц

Количество вводимых ферросплавов и раскислителей, кг/т

Плавка

Аэотированный

Алюминий в первой порции (Ж) Ферроти- Алюминий тан во вто рой порции (7) Силикокальций

Силикоцирконий марганец (по азоту), 7

0,5

0,28

1,5

0,42

1,5 (40) (60)

0,35 (50) 2,5

0,5

0,3

0,35 (5O) 0,42 (60) 2,5

1,0

О, 007

1,0

0,28 (40) 0,28 (40) 0,002

0,5

1,5

0,42 (60) 1,5

0,3

0,35 (50)

0,7 (100) 0,01

2,5

0 5

0,35 (50) 6 (известная) 0,4

2,6

0,25 (36) 1,0

0,45 (64) 2,6

0,45 (64) 0,4

1,0

0,25 (36) 1,5

0,70 (100) 0,007

1,5

1,0

1 Параметры отклоняются от оптимальных,.

9 1323

0,01Х азота (плавки 3-5) улучшает технологичность при горячей прокатке и увеличивает ударную вязкость как в прокатанном, так и в сваренном металле. 5

Таким образом, предлагаемый способ получения стали позволяет улучшить качество поверхности и увеличить выход годного проката, улучшить свариваемость и технологичность при холодном 1О изгибе, увеличить ударную вязкость стали.

Формула изобретения

1. Способ получения ванадийсодержащей стали, включающий выпуск расплава из сталеплавильного агрегата, в ковш, в который предварительно введен феррованадий и в процессе выпуска 20

1/5-1/2 расплава в era поток вводят смесь ферросилиция и силикомарганца, 579 l0 затем алюминия и 0,3-1,5 кг/т ферротитана, отличающийся тем, что, с целью улучшения качества поверхности, увепичения выхода годного проката, улучшения свариваемости, повышения ударной вязкости при отрицательных температурах и технологичности при холодном изгибе, в расплав вводят дополнительно до присадки ферросилиция и сипикомарганца 0,52,5 кг/т силикоциркония и 0,5-2,5 кг/т силикокальция, а алюминий вводят в два приема: 40-603 до начала введения ферросилиция и силикомарганца и 4060Х после введения ферротитана.

2. Способ по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что в расплав дополнительно вводят 0,002-0,013 азота.

3. Способ по пп.1 и 2, о т л и- . ч а ю шийся тем, что азот вводят азотсодержащим ферросплавом одновременно с силикоцирконием.

Табли а 1

1323579

Таблица 2

Начало и окончание введения ферросплавов и раскислителей, в долях от выпущенного в ковш металла

Плавка

Азотированный

Ферроти тан

Силико- Первая кальций порция алюминия

Силикоцирконий марганец

3/10-2/5 2/5-1/2

1/10-1/5 0-1/5 (на дно ковша) 3/10-2/5 2/5-1/2

3/10-2/5 2/5-1/2

2 0-1/5 1/10-1/5 0-1/5

3 0 0 1/10-1/5 0 (на дно (на дно (на дно ковша) ковша) ковша) 1/10-1/5 3/10-2/5 2/5-1/2

1/10-1/S 0-1/5

5 0-1/S

0-1/5 3/10-2/5 2/5-1/2

1/10-1/5 0-1/5

3/10-2/5

2/5-1/2

3/10-2/5 2/5-1/2

2/3-1/2 3/10-2/S

0-1/S

0-1/5

0-1/S

0 2/S-1/2 (на дно ковша) 9 . 1 /5-3/10

1/5-3/10 3/10-2/5

Таблица 3

Плавка

Потери металла

Ударная вязкость из-за наличия сварного шва при

709С, мдж/м поверхностных дефектов, Ж

1 2

80,7. 0 53 Удовлетво- 0,46 рительно

1 4,3

80,3

2 4,7

0,57

0,52

6 (известная) 0 (на дно ковша) 0 (на дно ковша) 0 (на дно ковша) 0 (на дно ковша) Вторая порция алюминия

1323579

14

Продолжение табл.3

3 3,7

4 3,5

5 3,7

81,3

0,65

0,61

81,5

0,60

О, 058

81,3

0,78

0,73

6 (известная) 6;4

78, 6 О, 35 Неудовлет- О, 26 ворительно

7 4,5

8 6,8

82,9 0,43 0,33

78,2 0,38 Удовлетво- 0,27 рительно

9 6ь2

78,8 0,37

0,25

Составитель А.Минаев

Редактор М.Иедолуженко Техред И.Попович

Корректор. И.Муска

Заказ 2933/30 Тираж 549

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений н открытий

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

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4