DE2523095A1

DE2523095A1 - Eisenlegierung zum laeutern von geschmolzenem stahl

Info

Publication number: DE2523095A1
Application number: DE19752523095
Authority: DE
Inventors: Tsutomu Nagahata; Hajime Nashiwa; Susumu Tsuzita
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1974-05-24
Filing date: 1975-05-24
Publication date: 1975-11-27
Also published as: FR2272186B1; JPS50150619A; FR2272186A1; JPS5752418B2; FR2382507B1; DE2523095B2; CA1032770A; ES437892A1; FR2382507A1; DE2523095C3

Description

SUMIOX)MO METAL INDUSOiRIES LTD., No. 15, 5-chome, Kitahama, Higashi-ku, Osaka, Japan

Eisenlegierung zum Läutern von geschmolzenem Stahl

Die Erfindung betrifft eine Eisenlegierung zum Läutern von geschmolzenem Stahl. Eisenlegierungen dieser Art werden geschmolzenen Stählen, insbesondere beruhigten Stählen, zum Zwecke der Desoxydisierung und zum Einstellen der Stahlzusammensetzung zugegeben.

Als Desoxydans sowie zur Steuerung der Korngröße bei der Herstellung von Stählen^insbesondere von beruhigtem Stahl, wird Aluminium bereits seit langem im Heißmetallverfahren verwendet. Beim herkömmlichen Verfahren wird Aluminium dem geschmolzenem Stahl in der Form zugesetzt,

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ßOFHMERT 8- ÖÜEHMERI

daß kleine, feste Aluminiumpartikel in die Stahlschmelze eingeworfen oder eingeschleudert werden. Diese Technik hat jedoch den Nachteil, daß die Aluminiumteilchen wegen des geringen spezifischen Gewichtes des Aluminiums im Verhältnis zum geschmolzenen Stahl und wegen der Reaktivität des Aluminiums bezüglich des geschmolzenen Stahls in die Stahlschmelze nicht hinreichend tief eindringen können, so daß der erzielte Aluminiumzusatz nicht nur gering ist, sondern darüber hinaus auch noch eine weite und unvorhersehbare Variationsbreite aufweist. Unter dem Ausdruck "Ausmaß des Aluminiumzusatzes", wie er hier verwendet wird, wird das Verhältnis der Aluminiummenge, die in einem Produkt enthalten ist, zu derjenigen, die dem geschmolzenen Stahl zugesetzt worden ist, verstanden.

Es ist bereits ein Verfahren zum Verbessern und zur Stabilisierung des Ausmasses des Aluminiumzusatzes vorgeschlagen worden, wobei das Aluminium dem geschmolzenen Stahl dadurch zugesetzt wird, daß das Aluminium in Form von "Kanonenkugeln mit"hoher Geschwindigkeit in die Stahlschmelze eingeschossen wird. Es ist jedoch schwierig, mittels dieses Verfahrens eine große Aluminiumiaenge rasch zuzusetzen, und zwar wegen der begrenzten Kapazität der verwendeten Kanone.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Eisenlegierung der eingangs genannten Gattung zu schaffen, welche die Erzielung eines höheren Ausmasses an Aluminiumzusatz zu geschmolzenem Stahl ermöglicht, als dies bisher der Fall war.

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BOEHMERT & 3(3EHMEHl

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Eisen- oder Ferrolegierung gelöst, welche gekennzeichnet ist durch die nachfolgende Zusammensetzung: 5 his 40 Gew.-% Si, 40 bis 80 Gew.-% Mn, 1 bis 10 Gew.-% Al₁ Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen.

Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Eisenlegierung ähnelt der Si-Mn-Ferrolegierung,, die weithin zum Läutern von beruhigtem Stahl verwendet wird. Zusätzlich enthält die Legierung nach der Erfindung aber 1 bis 10 Gew.-% Aluminium und wird am besten in Form kleiner, fester Partikel verwendet. Wenn die Eisenlegierung nach der Erfindung dem geschmolzenen Stahl durch Einwerfen von Hand oder mittels eines anderen geeigneten Verfahrens zugesetzt wird, so dringt die Eisenlegierung in die Stahlschmelze hinreichend tief ein, woraus ein befriedigendes Ausmaß an Aluminiumzusatz resultiert. Der erzielte Aluminiumzusatz kann beispielsweise etwa 30% höher sein als derjenige, der erhielt würde, wenn statt dessen kleine Partikel aus unlegiertem Aluminium zugesetzt würden.

Die Eisenlegierung nach der Erfindung kann dem geschmolzenen Stahl in Kombination mit Kanonen- oder Gewehrkugeln aus unlegiertem Aluminium zugesetzt werden, die mittels der konventionellen Hochgeschwindigkeits-Einschießmethode eingebracht werden, wodurch das Ausmaß des Aluminiumzusatzes noch weiter gesteigert werden kann.

Die Zusammensetzung der Eisenlegierung nach der Erfindung wird durch die Zusammensetzung des geschmolzenen

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BCRHMERT Sz BOEKvKRT

Stahls am Endpunkt des Einblasens von Sauerstoff im Konverter und durch die gewünschte Zusammensetzung des Stahlerzeugnisses in Bezug auf das Ausmaß der der Stahlschmelze zuzusetzenden Eisenlegierung bestimmt (allgemein reicht der Gehalt von Eisenlegierung, der dem geschmolzenen Stahl zugesetzt werden εοΐΐ, von etwa 1 "bis 20 kg/t Stahl). Diese Überlegungen ergeben sich aus den nachfolgenden Betrachtungen: Wenn die Eisenlegierung nach der Erfindung geschmolzenem Stahl in einem Betrag von 20 kg/t Stahl zugesetzt wird, so ergibt sich, im lalle des Zusetzens zu einem hoch molybdänhaltigen Stahl, daß zwei Kilogramm Reinaluminium einer Tonne Stahl zugesetzt werden, wenn die Eisenlegierung 10% Aluminium ergibt (obere Grenze der erfindungsgemäßen Eisenlegierung). Da das Ausmaß des Aluminiumzusatzes von etwa 20% bis 50% variiert, je nach dem Kohlenstoffgehalt des Stahles am Endpunkt des Konverter-Blasvorganges, so ergibt sich, daß das Stahlprodukt 0,040 bis 0,100 % löslichen Aluminiums in sich enthält. Wenn der Gehalt an löslichem Aluminium im Stahlprodukt diese Werte übersteigt, so hat das Stahlprodukt die Tendenz, in nicht-tragbarer Weise spröde zu sein. Wenn andererseits der Aluminiumgehalt der Eisenlegierung weniger als 1,0% beträgt, so läßt sich im Endprodukt durch den Zusatz des Aluminiums kein besonderer Effekt erzielen.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die nachfolgende Zusammensetzung vorgesehen: 13 bis 16 Gew.-% Si, 55 bis 63 Gew.-% Mn, 4 bis 6 Gew.-% Al, Rest Eisen und unvermeidbare Mengen von Verunreinigungen (die Eisenlegierung dieser Zusammensetzung wird nach-

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FGEHMERT & BOEHMERi

folgend als "Eisenlegierung A" bezeichnet)·

Stahl, wie er für öl- oder Gasleitungen verwendet wird, sollte eine Güte von besser als X-52 gemäß API-Standard haben. Die Abkürzung ¹¹API" bedeutet dabei "American Petroleum Institute". Ein derartiger Stahl enthält normalerweise 0,04 bis 0,15 % C, 0,15 bis 0,30% Si, 1,00 bis 1,50% Mn und 0,010 bis 0,050% lösliches Aluminium, Rest Eisen.

Eine hochfeste Stahlplatte der Klasse 50 kg/mm besteht üblicherweise aus 0,12 bis 0,20% G, 0,20 bis 0,50% Si, 1,20 bis 1,60% Mn, 0,02 bis 0,050% löslichem Al, Rest Eisen. Beim gewöhnlichen Läuterungsprozeß derartiger Stähle im LD-Konverter wird die Stahlzusammensetzung so eingestellt, daß sie 0,03 bis 0,12% C, 0,10 bis 0,25% Mn, Rest Eisen, am Endpunkt der Sauerstoffeinblasung aufweist. Durch einfaches Zusetzen der Eisenlegierung A zum geschmolzenen Stahl, der die obere Endpunktzusammensetzung hat, in einer Menge von 17 bis 22 kg/t Stahl ist es möglich, den Stahl zu desoxidieren und gleichzeitig die Stahlzusammensetzung innerhalb des gewünschten Bereiches für die Endprodukte einzustellen.

Als anderes Beispiel von Stählen, bei denen sich die Eisenlegierung A verwenden läßt, sind die Stähle N-80, P-110 nach API-Standard zu nennen, die sich bei Rohrleitungen als Außenmaterial eignen und die folgende, allgemeine Zusammensetzung haben: 0,20 bis 0,38 Gew.-% C, 0,20 bis 0,35 Gew.-% Si, 1,20 bis 1,80 Gew.-% Mn und 0,010 bis 0,050 Gew.-% lösliches Al, Rest Eisen. Beim Läutern dieses Stahls wird die Stahlschmelze am

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BCFJIMERT Sz

Endpunkt des Konvertervorganges so eingestellt, daß sie 0,12 bis 0,25 Gew.-% C und 0,20 bis 0,32 Gew.-% Mn enthält. Wenn die Eisenlegierung A dieser Stahlschmelze in einem Betrag von 17 bis 72 kg/t Stahl zugesetzt wird, so lassen sich der Gehalt der Stahlschmelze an Mangan und an löslichem Aluminium innerhalb des gewünschten Bereiches, wie er durch die Standardforderungen gegeben ist, durch einfachen Zusatz der Eisenlegierung A exakt einst el3.en.

Als weiteres Beispiel von Stählen, bei denen die Eisenlegierung A angewendet werden kann, ist die Stahlsorte K-55 nach API-Standard zu nennen, die sich als Mantelmaterial für Leitungen eignet und die allgemeine Zusammensetzung wie folgt aufweist: 0,40 bis 0,60 Gew.-% C, 0,15 bis 0,35 Gew.-% Si, 0,70 bis 1,00 Gew.-% Mn und 0,010 bis 0,050 Gew.-?o lösliches Al, Rest Eisen. Beim Läutern dieses Stahls wird der geschmolzene Stahl am Endpunkt der Konverterbehandlung so eingestellt, daß er 0,30 bis 0,5 Gew.-% C und 0,25 "bis 0,32 Gew.-% Mn enthält. Wenn die Eisenlegierung A diesem geschmolzenen Stahl in einem Betrag von 7 "bis 10 kg/t Stahl zugesetzt wird, so lassen sich der Mangan- und lösliche Aluminiumgehalt der Stahlschmelze innerhalb des gewünschten Bereiches, wie durch die Standardanforderungen definiert, durch einfaches Zusetzen der Eisenlegierung A einstellen.

Bei einem anderen, besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die nachfolgende Zusammensetzung der Eisenlegierung vorgesehen: 27 bis 32 Gew.-% Si, 48 bis 55 Gew.-% Mn, 8 bis 10 Gew.-% Al, Eest Eisen

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EOEHMERl & £>üEhivi:£;iV

und unvermeidbare Verunreinigungen (die Eisenlegierung mit dieser Zusammensetzung wird nachfolgend als "Eisenlegierung B" bezeichnet).

Die Eisenlegierung B eignet sich zur Verwendung beim

Läutern von Stahl für Platten der Klasse 40 kg/mm , mit einer Zusammensetzung von 0,10 bis 0,18% C, 0,15 bis 0,35% Si, 0,60 bis 1,10% Mn und 0,010 bis 0,050% lösliches Aluminium, Rest Eisen. Auch eignet sich die Eisenlegierung B bei Rohrstählen der Klasse 5LA oder 5LB nach API-Standard, mit einer Zusammensetzung von 0,10 bis 0,24 % C, 0,15 bis 0,35% Si, 0,50 bis 0,80% Mn und 0,010 bis 0,050% lösliches Al, Rest Eisen. Diese Stähle enthalten im geschmolzenen Zustand bei Beendigung der Sauerstoffeinblasung im Konverter 0,07 bis 0,17% C und 0,12 bis 0,22% Mn. Durch Zusetzen der Eisenlegierung B zur Stahlschmelze in einem Betrag von 7 bis 12 kg/t Stahl lassen sich der Silicium-, Mangan- und lösliche Aluminiumgehalt innerhalb des durch die Standardanforderungen definierten Bereiches gesteuert einstellen.

Die Eisenlegierung nach der Erfindung kann dem geschmolzenen Stahl zugesetzt werden, während dieser vom Konverter zur Gießpfanne transportiert wird, oder aber auch während der DH-Vakuumentgasung oder beim Argon-Aufschäumprozeß .

Die Eisenlegierung nach der Erfindung wird vorzugsweise in Form kleiner, fester Partikel mit einem Durchmesser von 5 bis 80 und vorzugsweise von 20 bis 80 mm verwendet. Die Partikel werden der Stahlschmelze über

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die Rutsche vom Speisetrichter aus zugeführt.

Weitere Merlanale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der Ausführungsbeispiele, die natürlich lediglich zur besseren Darstellung der Erfindung dienen und deren Schutzumfang nicht begrenzen, beschrieben sind.

Beispiel 1

Eine Eisenlegierung nach der Erfindung, mit einer Zusammensetzung von 15% Si, 62% Mn, 7% Al, Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen, wurde geschmolzenem, beruhigtem Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt während der Übertragung zur Gießpfanne aus einem Konverter mit einer Kapazität von 160 t zugesetzt. Der Zusatz erfolgte in einem Verhältnis von 20 kg Eisenlegierung/t Stahl (1,4 kg Reinaluminium/t Stahl).

Als Resultat ergab sich, daß das Ausmaß des Aluminiumzusatzes 25% betrug und das Stahlprodukt einen Gehalt an löslichem Aluminium von 0,035 Gew.-% hatte.

In derselben Weise wurden Stäbe aus unlegiertem Aluminium dem geschmolzenen, beruhigten Stahl im konventionellen Verfahren in einem Verhältnis von 1,6 kg Stäben/t Stahl zugesetzt. Dabei ergab sich, daß das Ausmaß an Aluminiumzusatz 17% betrug, während das Stahlerzeugnis einen Gehalt an löslichem Aluminium von 0,027% hatte.

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BOEHMERT & POEHMERT

Beispiel 2

Eine Eisenlegierung nach der Erfindung, mit einer Zusammensetzung von 26% Si, 50% Mn, 10% Al, Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen, wurde geschmolzenem, beruhigtem Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt während der Überführung zur Gießpfanne aus einem Konverter mit einer Kapazität von 160 t zugesetzt. Der Zusatz erfolgte in einem Verhältnis von 13 kg Eisenlegierung/t Stahl (1,3 kg Reinaluminium/t Stahl). Als Ausmaß des Aluminiumzusatzes ergab sich 28%, das Stahlerzeugnis enthielt 0,036% lösliches Aluminium.

Wurden Stäbe aus unlegiertem Aluminium dem geschmolzenen, beruhigten Stahl nach dem konventionellen Verfahren in einem Verhältnis von 1,5 kg Stäben/t Stahl zugesetzt, so ergab sich, daß das Ausmaß des Aluminiumzusatzes 20% betrug, während der Gehalt des Stahlerzeugnisses an löslichem Aluminium bei 0,030% lag.

Beispiel 3

Eine Eisenlegierung nach der Erfindung, mit einer Zusammensetzung von 15% Si, 70% Mn, 3% Al, Rest Fe sowie unvermeidbare Verunreinigungen, wurde geschmolzenem, beruhigtem Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt beim Transport zur Gießpfanne aus einem Konverter mit einer Kapazität von 160 t zugesetzt. Der Zusatz erfolgte in einem Verhältnis von 21 kg Eisenlegierung/t Stahl (0,63 kg Netto- oder Reinaluminium/t Stahl). Es ergab sich ein Ausmaß an Aluminiumzusatz von 50%, während der Gehalt des Stahlerzeugnisses an löslichem Aluminium 0,032% betrug.

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BCEHMERT & Β

In derselben Weise wurden Stäbe aus unlegiertem Aluminium dem geschmolzenen, beruhigten Stahl nacli. £en üblichen Verfahren in einem Verhältnis von 0,6 kg Stäben/ t Stahl zugesetzt. Hier zeigte sich ein Ausmaß des Aluminiumzusatzes von 23%. Der Gehalt des Stahlerzeugnisses an löslichem Aluminium betrug 0,018%.

Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle zusammengestellt:

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Probe Zugesetzte Netto-Al-

Menge kg/t zusatz kg/t

Zusammensetzung (%) Ausmaß Zusammensetzling
C SI Hn lo'sl. des Al- beim Ende des

Al Zusatzes Konverterprozesses

C Mn

	ί?	SzS	A	20	1.40	0,16	0,40	1,58	0,055	25	-	0,06	0,14
	Η·	13*
	P<		B	15	1,50	0,17	0,52	0,98	0,056	28	0,07	0,15
		CP
	d σ?	H	σ	21	0,65	0,56	0,50	1,75	0,052	50	0,29	0,29
σ»
O
OO	«=!	ro
.£- OO	hi H₃ P	hi ο:	D	1,6	1,60	0,16	0,59	1,56	0,027	17	. 0,05	0,12
	hi	%	E	1,5	1,50	0,16	0,24	0,95	0,050	20	0,09	0,16
OO	O	H Η· O	F	0,6	0,60	0,56	0,50	1,75	0,018	29	0,25	0,50
		CD
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BCEHMERT & BOEHMS

tvi

Aus der Tabelle zeigt sich klar, daß dann, wenn das Aluminium dem geschmolzenen„Stahl in Form der erfindungsgemäßen Eisenlegierung zugesetzt wurde, das Ausmaß oder die Ausbeute des Aluminiumzusatzes wesentlich besser sind als beim konventionellen Verfahren, bei dem unlegierte Aluminiumpartikel zugesetzt werden. Beispiel 2 zeigt, daß dann, wenn die Eisenlegierung nach der Erfindung mit der Bezeichnung("Probe B")im Verhältnis von 1,30 kg (auf der Basis von Eeinaluminium) pro Tonne Stahl zugesetzt wurde, die erzielte Ausbeute 28% betrug, im Gegensatz zu 20%, wie sie durch das konventionelle Verfahren ("Probe E") im Verhältnis von 1,5 kg/t erzielt wurde. Weiterhin zeigt Beispiel 3» daß durch Zusetzen der erfindungsgemäßen Eisenlegierung ("Probe C") im Verhältnis von 0,63 kg (auf der Basis von Aluminium) pro Tonne Stahl die Ausbeute oder das Ausmaß des Aluminiumzusatzes 50% betrug, also beträchtlich mehr als die 29%, die durch das Zugeben von Partikeln oder Hassen aus unlegiertem Aluminium ("Probe F") im Verhältnis von 0,60 kg/t Stahl gemäß dem herkömmlichen Verfahren erzielt werden konnten.

Zusätzlich zur Verbesserung und Stabilisierung des Ausmasses oder der Ausbeute des Aluminiumzusatzes gewährleistet die Erfindung als weiteren Vorteil, daß die Anzahl von Schritten, die für die Einstellung der Zusammensetzung des Stahls bei der Herstellung erforderlich sind, reduziert werden kann. Dies deshalb, weil simultan Silicium, Mangan und Aluminium durch Zugabe der Eisenlegierung nach der Erfindung zugesetzt werden können, woraus sich der Vorteil ergibt, das der separate Zusatz einer Si-Mn-Eisenlegierung und von Al, wie herkömmlicherweise üblich, nicht mehr erforderlich ist.

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Die vorstellenden Ausführungsbeispiele beziehen sich zwar auf die Herstellung von Stahl nach dem Konverterverfahren, jedoch läßt sich die Eisenlegierung nach der Erfindung auch "bei anderen Herstellungsprozessen, "beispielsweise "beim Elektroofenverfahren, verwenden.

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Claims

ANSPRÜCHE SS S SS — SS S £5 » Js ZU S tS. — — ZS Ζ3 SS

1. Eisenlegierung zum Läutern von geschmolzenem Stahl, gekennzeichnet durch die nachfolgende Zusammensetzung:

5 Ms 40 Gew.-# Si₁ 40 Ms 80 Gew.-% Mn, 1 bis 10 Gew.-% Al, Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen.

2. Eisenlegierung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die nachfolgende Zusammensetzung: 13-Ms 16 Gew.-% Si, 55 Ms 63 Gew.-% Mn, 4 bis 6 Gew.-% Al, Rest Eisen sowie unvermeidbare Verunreinigungen.

3. Eisenlegierung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die nachfolgende Zusammensetzung: 27 bis 32 Gew.-% Si, 48 bis 55 Gew.-% Mn, 8 bis 10 Gew.-% Al, Rest Eisen sowie unvermeidbare Verunreinigungen.

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