Способ раскисления низколегированных сталей
ОП ИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Севетскик
Сециалистическик
Республик
Государственный комитет СССР ио делам изобретений н открытий {ЩУДК669.046 55 (088.8) Опубликовано 07.0283. Бюллетень М 5 Дата опубликования описания 07.02. 83 A.À.Ðûìèêîâ, В.Л.Жук, Н.A.Ìàíÿê, И.И.Борнац й, Г.И.Ковалев, A.È.Kîíäðàòþê и В.Г.Осипов ° ° % ; Донецкий ордена Трудового Красного Знамени! политехнический институт ° 1 (72) Авторы изобретения (73) Заявитель (54 ) СПОСОБ РАСКИСЛЕНИЯ НИЗКОЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ Изобретение относится к черной ме таллургии, а именно к раскислению низколегированных сталей. Качество стали определяется, в основном, количеством, формой, размерами и типом иеметеллических включений . Для снижения содержания окисных включений, охрупчивающих сталь, жидкий металл раскисляют определенным количеством элементов - раскислителей. Некоторые расккслителк-являются одновременно к нитридообразующкми элементами, приводящими к образованию в металле устойчивых нитридов. К таким элементам относятся прежде всего алюминий и .титан. В ряде конструкционных сталей за счет образования -мелкодисперсных нитридов удается обеспечить понижение чувствительности к росту зерна при нагреве, повышение ударной вязкости и снижение температуры перехода металла в хрупкое состояние. Однако положитель.ное влияние нитридов на качество стали проявляется только при определенных для данной марки концентрациях нитридообразующих элементов. Подбор, оптимальных концентраций нитридообразующих элементов для сталей осуществляется, в основном, эмпирически. Известен способ ориентировочной оценки, оптимальных концентраций нитридообразующих элементов в определенной марке стали, основанныйна термодинамическом расчете начала образования . нитридов в стальном 1О слитке в ц его кристаллизации и охлаждения. Способ расчетного определения концентраций обеспечивает нитркдное упрочнение стали, измель ченне зерна, повывение хладостойкос-. ти $1). Недостатком известного способа является необходимость определения точных концентраций нитридообразующих и легнрующнх элементов в металле, что в процессе выплавки трудно осу-ществить. Кроме этого, для, получения положительного эффекта необходимо учитывать возможные побочные явления, такие как колебания состава стали и температуры, скорость кристаллизации и охлаждения слитка, его массу. Наиболее близким.по технической сущности и получаеьым результатам является способ раскисления стали, включающий расплавление металла в 994568 печи, проведение рафинировочного периода, присадку во время выпуска в ковш алюминия, марганца, кремния и титана, причем присадка титана составляет 1,4-2,3 присадки алюминия. При оптямальных содержаниях титана в стали способ обеспечивает повышение сопротивления стали хрупкому разрушению, уменьшение величины зерна и загрязненности металла неметаллическими включениями (2) ° Однако указанное в способе отношение титана к алюминию не учитывает колебаний химического состава стали от плавки к плавке, что возможно в промышленных условиях, и тем более при переходе от одной марки стали к другой, когда происходит значительное изменение содержания элементов в металле. Целью изобретения является повышение пластических свойств стали с содержанием углерода до 0,14%. Для достижения поставленной цели согласно способу раскисления низко- 25 легированных сталей, включающему расплавление металла в печи, проведение рафинировочного периода, присадку во время выпуска в ковш алюминия, марганца, кремния и титана, титан при- 36 саживают в количестве, обеспечивающем отношение содержания углерода к титану, равным 2-9 в готовой стали. Проведенными исследованиями уста» новлено, что более высоким комплек-, 35 сом механических свойств обладают низколегированные стали, содержание титана в которых меньше, чем содержание углерода в 2-9 раз.. Это можно объяснить тем, что при 4О таком отношении углерода и титана в металле выделяются не только нитриды титана, но H мелкодисперсные карбонитриды титана,. оказывающие положительное влияние на свойства 45 металла. При исследовании механических свойств сталей, условно обозначенных A. Б, В и Г, раскисленных по различным вариантам, установлено, что положительный эффект достигается в том случае, когда соблюдается указанное соотношение углерода к титану (cM. таблицу). Иэ таблицы следует, что даже если расход раскислителей при. отношении введенного количества титана к алюминию составляет 1;4-2,3,- поглощенная энергия разрушения A для ударных образцов с острым надрезом, испытанных при различных температу- 60 рах, не всегда зависит от отношения титана к алюминию (,плавка 1). Наблюдается йобратное явление, при котором эначенйя поглощенной энергйи разруше ния образцов высокие, несмотря на то ф5 что при раскислении отношение введенного количества титана к алюминию не равно 1,4-2,3 (плавки 4, 7 и 8). Окончательное раскисление металла титаном, при котором отношение концентраций углерода к титану больше, чем 9, является недостаточным для раскисления, а также для образования карбонитридов титана в металле, что снижает механические свойства стали. При отношении концентрации углерода к титану меньшем, чем 2, по границам зерен металла выделяются избыточные неметаллические фазы, что способствует охрупчиванию металла. Отмеченная корреляция между содержаниями углерода и титана в металле и свойствами металла наблюдается только в низколе гированных сталях с содержанием уг-лерода до 0,143. При переходе на другие марки стали явной зависимости между отношением С/Ti и свойствами не обнаружено. Способ раскисления низколегированных сталей заключается в следующем. Перед разливкой металл раскисляют металлическим марганцем в количестве 6,5-15,0 кг/т; ферросилицием (65%) 3,0-6,5 кг/т» алюминием 0,1 0,3 кг/т. Поскольку содержание утлерода в металле по ходу плавки всегда известно и легко определяется методом экспресс-анализа, титан вводят в металл в количестве, обеспечивающем отношение содержаний углерода к титану, равным 2-9. Количество титана, вводимого в металлическую ванну, обычно составляет 0,15 0,45 кг/т. Опытные плавки низколегированных сталей с содержанием углерода до 0,14% проводят в 60 кг индукционной печи с разливкой металла в изложницы на 3 слитка сечением 80 и 80 мм массой по 17-18 кг. Металл раскисляют марганцем, ферросилицием, алюминием и перед выпуском после определения содержания углерода в металле титаном.. Недостающее количество титана вводят в ковш перед его наполнением. Варианты раскисления и химический состав сталей приведены в таблице. Слитки проковывают при 950 1000 С на прутки до сечения 18 18 мм У из которых вырезают стандартные ударные образцы с острым надрезом для определения поглощенной энергии разрушения "А" при температурах О, -20, -40 С. Из приведенных данных следует, что при содержаниях титана в металле, при котором отношение С/Ti составляет 2-9, предложенный режим раскисления обеспечивает улучшение качества металла.По сравнению с прототипом предлагаемое изобретение обеспечивает воэможность существенного повышения качества различных низколегированных ???:994568 сталей и возможность определения точного расхода титана и его экономию. Расчет годового экономического . эффекта от производства продукции повыаенного .качества на основе изобретения определяется по формулет Э (П-Е К )A<+ (3 -32 )А, где Э - годовой экономический эффект от производства продукцйи повьиаенного качества, руб.у П прирост прибыли (П - П ) от реализации продукции повышенного качества (Пзприбыль от реализации нро дукцин повышенного ка- чества, П - прибыль ,от реализации продукции прежнего качества), руб;, K - удельные капитальные вложения -на производство новой продукции, руб.;Е - нормальный коэффициент H эффективности (0,15); А - годовой объем продукции повнненного качества, т 3 - приведенные затраты на раскисление стали титаном при производстве продукции .прежнего качества, руб 3 - приведенные-затраты на . раскисление стали титаном при производстве продукции повышенного качества, . руб ° В СССР в год выплавляется около 100 тыс. т судовых листовых. сталей. Оптовая цена стали 09Г2 в среднем S составляет 143 руб/т. При поставке листов более высокого качества оптовая цена составляет 161 руб/т. . Поскольку удельные капитальные вложения на производство стали повы10 венного качества не отличаются от прежних, то КО. Таким образом, (П - П„).й, 18 руб/т - 100000 т 3.800000 руб. Стоимость отходов титана, используемых для раскисления стали составляет 211 руб/т. Расход титана для раскисления стали прежнего качества составляет в среднем 0,8 кг/т, 20 т.е. 3, 0,0008-100000 211 .16880 руб. Для производства стали повыпенного качества расход титана составляет для стали с 0,1% углерода иэ соот-., 5 нсхаения $C j t (тг 5, fTi ) 0,О2а или 0,2 кг титана на тонну металла.С учетом угара титана .необходимо ввести 0,5 кг на тонну металла, т.е. 3 211 0,0005. 100000 10550 руб Следовательно, 16880-10550 6330 руб, Таким образом, эконовайческий эф-. фект от производства вродукции повыаенного качества составляет Э 35 Эу+ Э 1800000 + 6330 1806330 руб. 994568 ill Зс с 3 I I б I B ! о 3С 1 I 1ООО ! ьаах 3 Cl с 4Ч Cl с 43Ъ с с Ю Ч3 л 1 Э Cб 34ф I Э4 I 3 ЦЕ» I 00 с о о с М 44Ъ с Ф 44Ъ О с с ° «\ 4Ч Э с 1gXO 34-43 00 с 44Ъ 433 с 4Ч I» с с л ch! o,o 1 949 Эха Э 0в! t4I! 0330а 1 и ХЭ ! Ж Э I ЦЦЭ I 3 а I 3» 03Ж бова 1 и аи М 3 \ с М М 4 о а с с 4Ч »Ф.л М с »3 л Cl с ° 4 Ö3 М с с Ф о ° 4 «4 Л 43\ с ° Ф Ф «4 Cl с М л 40 О М М о о с с о о! I I I «4 (» ° 3с 4Ч ь с о бс 4Ч О с ь 447 о D D с с о о М 4Ч ь с ° В 4Ч D с CI (З 00 о CI с о ° «4 «.4 ь Cl ц, ) М о о о с о о о о с о ° Ф л о с .о 4Ч л о с о о «4 о с о Ф 1 — -1 1 I I I I 334 I 1 I I I I 1 -3 1 I 1 1 1 03 l ° 4 4Ч о с о ц1 М 4Ч»3 о о с ° о о 434 4Ч Cl с 0Ъ сО 4Ч 4Ч о о с . с о о сР о с о IO Фф D с о с и о о О 00 ° 4F М о о с с о о Л4 М ь с 44Ъ М 4 ) о о с с о о ф ° Ф о с о ° Ф М о с о и 03 g о Э 04 Д «4 1 3» 4Ч с о М с М с о ф Ф ° 4 с с о о л «Ф \ о 4А М с Ю с о л 40 с о МЪ Cl ф Ю (Ч М \ с л 1 I I 1 I 1 I ! I I 1 ! ! 1 1 1 1 I I 1 I I I D с о М л с о ОЪ D с о ° Ф Л4 с D о л 4 с с О О л 4 с о 1 I ,1 1 Д I I М 1 3«1 I I l 1 1 б. 1 1 о 1 1 3 I 3 I I 1 I 3 1 1 1 11 I 1 1 1 ! о бhl I I I I 1 I ! о I 3 О 1 . ф с с М М 44Ъ Ю 4Ч 43Ъ lA . 4A с с с \ 4Ч »ф л ° 4 Ц> 4 »Ф с с с 3Ч 4Ч 4Ч iA C3I 4 с с с О Э 43 л »3 CV о с о М аА с .О Ф 3«« с 3 с о с о CO й 9 994568 10 Формула изобретения - Составитель С.Вакума Редактор И.Еелемеш. ТехредИ.Гергель Корректор И.Коста Заказ 570/8 Тираж 566. Подписное ВНИИПИ Государственного комитета.С(;СР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 Способ раскисления низколегированных сталей, включающий расплавление металла в печи, проведение рафинировочного периода, присадку во время выпуска в ковш алюминия, марганца, кремния и титана, о т л нч а ю шийся тем, что, с целью" повышения пластических свойств стали с содержанием углерода до 0,14 .титан присаживают в количестве, обеспечивающем отнсшение содержания углерода к титану, равным 2-9 в готовой стали. 5 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе . 1. "Известия ВУЗов. Черная металлургия", 1979, В 1, с. 42-51. 2. Авторское свидетельство СССР ! О В 572506, кл. С 21 С 7/06, 1976.
