Способ микролегирования углеродистой стали

 

Изобретение относится к металлургии, конкретнее к способу микролегирования углеродистой стали, обеспечивающему повышение ее ударной вязкости при одновременном снижении расхода ванадия для микролегирования и уменьшении содержания марганца в стали в результате воздействия ванадия на механические свойства. Способ включает отбор и химический анализ пробы перед раскислением, ввод в металл кремния, марганца, алюминия и ванадия. Количество ванадия определяют по формуле % V = Σ[% C], [% S], [% P] - 0,22/10·K, где %V- минимальное количество ванадия, требующееся для микролегирования, мас.%: Σ[% C] , [% S], [% P] - суммарное содержание углерода, серы и фосфора в расплаве перед раскислением, мас.%; К - опытный коэффициент, учитывающий усвоение ванадия и равный 0,90-0,95. При этом должно выполняться соотношение [% Mn]+[% V] /[% C] = 0,96-1,32, где [% Mn] и [% V] - содержание марганца и ванадия в стали, мас. %; [% C] - содержание углерода в расплаве перед раскислением, мас.%. 1 табл.

Изобретение относится к черной металлургии, а именно, к технологии производства углеродистой стали.

Известен способ раскисления углеродистой спокойной стали с ванадием [1]. Способ направлен на повышение качества стали и экономию ферросплавов за счет изменения порядка ввода присадок и применения при окончательном раскислении марганец-алюминиевого сплава и феррованадия. Недостатки способа заключаются в том, что ограничивается сортамент присаживаемых ванадий- и марганецсодержащих ферросплавов, не корректируется их расход с учетом химического состава расплава перед раскислением.

Известен способ производства рельсовой стали, позволяющий повысить ее усталостную прочность за счет раскисления смесью ферросиликокальция и ферросиликованадия [2] . Однако способ также ограничивает сортамент используемых ванадийсодержащих материалов и не приводит к экономии раскислителей и легирующих.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому способу является технология микролегирования ванадием спокойной стали с целью повышения комплекса механических свойств [3]. Технология предусматривает отбор пробы и определение в металле перед раскислением содержания серы, фосфора, углерода и присадку в расплав, наряду с кремнием, марганцем, алюминием, ванадийсодержащих легирующих материалов после ввода алюминия. Расход ванадия определяется маркой стали. Недостаток этой технологии заключается в том, что не учитывается совместное влияние присутствующих в металле примесей (серы, фосфора, углерода) и ванадия на ударную вязкость стали, не реализуется возможность снижения расхода ванадия в зависимости от содержания указанных элементов, не корректируется в сторону снижения содержание марганца в стали в результате воздействия ванадия на уровень механических свойств.

Поставлена задача создать способ раскисления и микролегирования углеродистой стали, обеспечивающий повышение ее ударной вязкости при одновременном снижении расхода ванадия для микролегирования и уменьшении содержания марганца в стали в результате воздействия ванадия на механические свойства.

Поставленная задача достигается тем, что в известном способе раскисления и микролегирования спокойной стали, включающем отбор и химический анализ пробы перед раскислением, ввод в металл кремния, марганца, алюминия и ванадия, легирование проводят минимальным количеством требуемого для микролегирования ванадия, определяемым по формуле где %V - минимальное количество ванадия, требующееся для микролегирования, мас.%; Σ [%C] , [%S] , [%P] - суммарное содержание углерода, серы и фосфора в расплаве перед раскислением, мас.%; K - опытный коэффициент, учитывающий усвоение ванадия и равный 0,90 - 0,95.

При этом должно выполняться соотношение где [%Mn] и [%V] - расчетное содержание марганца и ванадия в стали; [%C] - содержание углерода в расплаве перед раскислением.

Сущность заявляемого способа микролегирования углеродистой стали состоит в том, что в ковш присаживают минимальное количество ванадия, достаточное для микролегирования, массу которого, гарантирующую повышение ударной вязкости, определяют по эмпирической формуле в зависимости от суммарного содержания углерода, серы и фосфора в пробе металла, отобранной перед раскислением, а количество марганца в стали, обеспечивающее получение требуемого уровня механических свойств, корректируют с учетом содержания в ней углерода и ванадия.

Сопоставительный анализ заявляемого технического решения и прототипа показывает, что предлагаемый способ микролегирования углеродистой стали отличается от прототипа тем, что он гарантирует получение в горячекатаном состоянии повышенной ударной вязкости, приводит к значительной экономии ванадия, потребное количество которого определяется с учетом влияния на свойства стали содержащихся в расплаве серы, фосфора и углерода, и устанавливает соотношение между марганцем, ванадием и углеродом в стали, обеспечивающее экономию марганца и получение необходимого уровня механических свойств.

Таким образом, данное техническое решение соответствует критерию "новизна".

Анализ патентов и научно-технической информации не выявил использования новых существенных признаков, приведенных в предлагаемом решении, по их функциональному назначению. Таким образом, предлагаемое изобретение соответствует критерию "изобретательский уровень".

Зависимость между требующимся количеством вводимого в металл ванадия и содержанием серы, углерода и фосфора в расплаве перед раскислением, а также соотношение между марганцем, углеродом и ванадием в стали установлены экспериментальным путем. Решение применимо для стали с содержанием углерода 0,5 - 0,85% и марганца 0,45 - 1,05%. Верхние пределы по содержанию серы и фосфора приняты в соответствии с требованиями, предъявляемыми к углеродистым качественным сталям. Для нижних пределов рассмотрены наиболее низкие возможные содержания этих элементов в стали, которые могут быть получены без специальной обработки.

Результаты опытных плавок и плавки по способу-прототипу приведены в таблице.

Плавки проведены в основных мартеновских печах емк. 430 т. После отбора и анализа пробы перед раскислением в печь присаживали требуемое количество силикомарганца и через 5 - 10 мин металл выпускали в ковш. Во время выпуска в ковш присаживали ферросилиций, алюминий и феррованадий. Результаты анализа пробы перед раскислением были использованы для определения потребного количества ванадия, а расход марганца корректировался с учетом содержания углерода и ванадия в стали. От металла всех плавок отобрали по одному слитку, которые прокатали на лист толщиной 10 мм. Испытания ударной вязкости проводили в соответствии с ГОСТ 9454-78.

Приведенные в таблице данные подтверждают возможность повышения ударной вязкости стали при минимальном расходе ванадия для микролегирования, учитывающем влияние присутствующих в расплаве углерода, серы и фосфора, а также возможность корректировки расхода марганца в зависимости от содержания углерода и ванадия в стали.

Источники информации 1. Способ раскисления спокойной углеродистой стали с ванадием. А.С. СССР N 380720, кл. C 21 C.

2. Способ производства рельсовой стали А.с. СССР N 443919, кл. C 21 C.

3. Выплавка стали в мартеновских печах. Технологическая инструкция ТИ 102-СТ. М-16-87. Нижнетагильский металлургический комбинат. Нижний Тагил. 1987.

Формула изобретения

Способ микролегирования углеродистой стали, включающий отбор и анализ пробы металла перед раскислением, ввод в металл кремния, марганца, алюминия и ванадия, отличающийся тем, что минимальное количество ванадия, требующееся для микролегирования, определяют по формуле

где % V - минимальное количество ванадия, требующееся для микролегирования, мас.%;
Σ[%C], [%S], [%P] - суммарное содержание углерода, серы и фосфора в расплаве перед раскислением, мас.%;
К - опытный коэффициент, учитывающий усвоение ванадия, равный 0,90 - 0,95,
при этом должно выполняться соотношение

где [%Mn] и [%V] - содержание марганца и ванадия в стали, мас.%;
[%C] - содержание углерода в расплаве перед раскислением, мас.%.

РИСУНКИ

Рисунок 1