RU1770374C - Способ получени низколегированной конструкционной стали с содержанием бора 0,0015 - 0,0040 мас. @ . - Google Patents

Abstract

Использование: изобретение относитс  к черной металлургии и касаетс  способа получени  борсодержащей стали из предельного чугуна. Сущность предложени  заключаетс  в том, что при выплавке стали используют чугун, компоненты которого вз ты в следующем соотношении, мас.% углерод 4,0-5,0; кремний 0,35-1,00, марганец 0,1-1,5; бор 0,015-0,040; железо остальное , при этом отношение концентраций кремни  к бору вз то в пределах 23-25 со С Известны способы выплавки борсодер- жащих сталей путем легировани  сплавом бора 1, борсодержащими отходами или другими борсодержащими материалами 2. vj .vi iO CJ VI 4

Description

Недостатком этих способов  вл етс  высокий угар бора (до 80% от исходного 1) и высока  стоимость 1, 2.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предполагаемому изобретению,  вл етс  способ получени  борсодержащей стали из синтетического или природно-легированного чу- гунов, включающий продувку чугуна кислородом сверху в конвертере, присадку охладителей до начала или по ходу продувки , скачивание шлака, раскисление и доводку металла до заданной марки стали при использовании чугунов химического состава , приведенного в табл. 1.

По этому способу до начала и по ходу продувки (через 2-3 мин от начала) вводитс  известь. Продолжительность продувки составл ет 15-20 мин.

Сталь, полученна  известным способом 3, содержит 0,001-0,003 мас.% бора и обладает удовлетворительными потребительскими свойствами.

Недостатком известного способа 3  вл етс  низка  степень извлечени  бора из чугуна в сталь, в пределах 0.75-2,5%, обусловленна  количественным соотношением вход щих в состав чугуна компонентов.

Использование чугуна известного состава 3 при выплавке борсодержащей стали экономически нецелесообразно из-за высоких потерь бора и усложнени  процесса доменной плавки чугуна в св зи с необходимостью иметь высокое исходное содержание бора в чугуне при выплавке стали известным способом.

Общими признаками за вл емого и известного способов получени  борсодержащей стали  вл ютс  технологические приемы и режим способа - продувка чугуна в конвертере кислородом сверху с использованием охладителей до начала и по ходу продувки, скачивание шлака с последующим раскислением металла.

Целью изобретени   вл етс  повышение степени извлечени  бора из чугуна в сталь.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в известном способе получени  борсодержащей стали из предельного чугуна, включающем продувку чугуна в конвертере, присадку охладителей до начала или по ходу продувки, скачивание шлака с последующим раскислением металла, согласно предполагаемому изобретению используют чугун состава, мас.%:

С4,0-5,0

Si0,35- 1,0

Мп0,1-1,5

В0.015-0,004

FeОстальное

при отношении содержани  кремни  к бору в пределах 23-25.

Сущность за вл емого способа получени  борсодержащей стали состоит в том, что используют передельный чугун с новым количественным соотношением и при определенном отношении концентраций двух вход щих в него компонентов.

0Содержание бора в исходном чугуне в

пределах 0,015-0,040 мас.%, а кремни  - 0,35-1,00 мас.% при условии отношени  содержаний кремни  к бору в пределах 23-25 способствует замедлению окислени  бора в

5 конце процесса плавки и получению борсодержащей стали с содержанием бор.а в пределах 0,0015-0,004 мас.%. Поэтому по за вл емому способу предполагаетс  получать низколегированную борсодержащую

0 сталь с содержанием бора в этих пределах. Из практики получени  низколегированных сталей известными способами установлено 4, что содержание бора в стали менее 0,0015 мас.% не обеспечивает улучшение ее

5 свойств, а содержание бора более 0,004 мас.% ухудшает ее такие свойства, как усталостна  прочность, ударна  в зкость, повышает склонность к отпускной хрупкости. Избыточное сверх этих пределов легирова0 ние стали бором приводит к выделению избыточной бористой фазы по влению камневидного излома, снижению в зких и пластических свойств стали 4.

Полнота окислени  бора, от которой за5 висит степень его извлечени  в сталь, нар ду с другими факторами, зависит от физико-химических свойств шлака, образующегос  при окислении примесей (в том числе и бора) чугуна. В частности, она зави0 сит от сорбционной способности шлака по отношению к бору и боратной емкости шлака , а также от процесса газификации оксидов бора, поскольку они  вл ютс  сильно летучими, так как монооксид бора (перва 

5 степень его окислени ) возгон етс  при 1500°С 5, а температура реакционной зоны конвертера достигает 2500°С и более 6. Предложенный способ выплавки стали позвол ет снизить потери бора при выплавке

0 стали за счет подавлени  газификации его окислов, повысить извлечение бора в сталь за счет снижени  полноты его окислени , обусловленной физико-химическими свойствами шлака, образующегос  при окисле5 нии примесей чугуна за вленного состава. Чугун за вл емого состава выплавл етс  в доменной печи при введении в шихт ее борсодержащих добавок, например бо- ратовой руды, содержащей 8-16 мае.% В20; или датолита с содержанием 9-11 мас.%

В20з или данбурита с тем же содержанием оксида бора или борсодержащей железной руды Таежного месторождени  с содержанием 3-6 мае % ВаОз Предлагаемый способ не предусматривает выплавк чугуна из 100% природно тегированной DODOM руды (или других борсодержащих материалов) Она мохег примен тьс  ION одна из возможных борсодерхащих добавок в гихту в количестве 3-10%

Используемы в за вл емом способе чугун примен етс  дл  передела его в сталь и не дл  каких доугич целей не примен етс  поэтому он  вл етс  передельным

Количество борсодержащих добавок в шихту должно обеспечить содеожание ВаОз в доменном шлаке в пределах 1-3 мае % С учетом содержани  бора ь чугуне в за вленных пределах коэфЬициеьт распределени  Ьсоа между металлом и шлаком составит 21 24 Дальнейшее уветичение количества борсодержащих лобазок затруднит шлакообразование и поэтому нецелесообразно что дополнительно ограничивает верхний предел содержани  бора ь --угуне

Новым в за вл емом способе получени  борсодерхащеи стали  вл етс  состав передельного чугуна Содержание в нем бо pa 0015-004 мае % ксемни  - 035-10 мае % при отношении содержании кремни  к 6opv в пределах 23-25 позвол ет повысить степень извлечени  бора из чугуна в сталь Неизвестные ранее опичителоные г изпз- гси позвол ют получить новый результат - увеличить степень извлечени  борз в сталь

На осмовании сказанного можно сделать вывод о соответствии за вл емого решени  критери м новизна положи- грльно и эффект существенные отличи 

За вл емый способ получени  чизкопе- гиоованой конструкционной стали отрабо- ан зкспеоиментзльнс в 0 1-т конвертере с основной «pvepOBKOM опытно-зчсперимен- тального ззвздз УралН1л/чеомата

Исход -1ым материалом длч плавки служил передельный чу/н состава соответствующего известному и за вл емому способу в оптимальных гредепах а также с выходом за зги пределы

В качестве шла ообразуюи,его мате оиала использовали известь которую вводили в конвертер ак w в известном способе до начала и походу (через 2-3 мин от начала поодуьки

Полагаем что соотношение с тержа Hi/и i- рем V9 / бооа ь 4vn P оедопределч ет 1зкое соотношен/ie окг дов а шлаке и оаспределение fopa по фазовым составл Ю1цим шлака пои когором oi рачичиваетс 

боратна  емкость шлака и газификаци  оксидов бора

Микроскопическим анализом обнаружено что в зависимости от соотношений

оксидов бора и кремни  бор входит либо преимущественно в силикатную фазу либо выдел етс  в виде боратов кальци  и магни  либо в тех или иных соотношени х вхо- дчт во все фазы шлака Наиболее

0 отвальное распределение бора по фазовым составл ющим шлака способствует снижению его потерь со шлаком пылью и газами и тем самым повышению извлечени  в сталь При выплавке стали по за вл емому

5/Si

сг.особу (при г, 23-25) получаетс  шлак в

1°1

котором оксиды бора наход тс  преимущественно (до 90%; в силикатной фазе а остальное - в виде Ооратов кальци  и магни 

0Результаты испытании способа приве

дены в таблице 2

Из нее следует что содержание бора в 4vryne менее 0 015 мае % снижает степень его извлечени  в сталь а ее свойства ухуд5 шаютсл по сравнению со сталью выплавленной из чугуна с оптимальным содержанием бора (см табл 2 п 8) При содержании бора в чугуне более 0 04 мае % и содержании коемни  в за вленных преде0 сильно сы хзетсч ударна  в зкость стали (табл 2 п ь) что  вл етс  следствием избыточного легировани  ее бором Получе ние угуна с таким содержанием бора св - Зано с повышенным оасходом

5 борсодержащих добавок что затрудн ет его выплавку s доменной печи

При содержании бора в чугуне в за вленных пределах улучшаютс  свойства получаемой из него стали, извлечение бора из

0 чугуна в сталь получаетс  максимальным (-абл 2 п п 5, 6 7)

Высокое исходное содержание кремн/.  в чугуне также обусловливает повышение содержани  бора в низколегированной ста5 Т1 выше оптимального поедела при кото- оом снижаетс  ударна  в зкость стали (|абл 2 п 9) При этом остожн етс  технологи  ее выплавки увеличиваетс  содержание кремнезема в шлаке затрудн ющее

0 достижение необходимой основности шлака требующейс  дл  рафинировани  метал- та от вредных примесей - фосфор и серы

При содержании кремни  в чугуне ме- чее 0 35 мае % снижаетс  извтечение бора

5 из чугуна в сталь (габл 2 п 8 и 10) Повы шенчые потери бора обустовливаютс  сни жением затормаживающее воздействи  малых концентрации коемнич на окисление бора 1 чеоптимапьным соотношением окси дов кремни  и бооа в шлаке

Нижние и верхние пределы по содержанию марганца в используемом чугуне обусловлены требованием, сталеплавильного производства и составом шихтовых материалов доменной плавки, Они достаточно широкие в св зи с тем, что содержание марганца в шихте может сильно колебатьс . Экспериментально подтверждаетс , что это не оказывает отрицательного вли ни  на извлечение бора из чугуна в сталь в процессе ее выплавки (табл. 2, п. 5, 6, 7).

Содержание углерода в за вл емом чугуне соответствует требовани м, предъ вл емым к передельному чугуну сталеплавильным производством (ГОСТ 805-80) и в за вл емых пределах также не оказывает отрицательного вли ни  на извлечение бора из чугуна в сталь.

Отношение концентраций кремни  к

бору (ггт) в за вл емом чугуне в пределах

23-25 обеспечивает наибольшее извлечение бора из чугуна в сталь (табл. 2, п. 5, 6, 7).

Приводим примеры конкретного выполнени  за вл емого способа получени  низколегированной конструкционной стали .

Пример1.В конвертер залили 100 кг передельного чугуна состава, мас.%: 4,0 С; 0.32 Si; 0,0015 S; 0,15 Р; 0,10 Мп; 0,012 В; /Si/ : /В/ 27. Продувку вели кислородом сверху через водоохлаждаемую фурму с диаметром сопла 5 мм при расходе 135 л/мин в течение 15 мин. Шлакообразующие вводили до начала и по ходу продувки. После окончани  продувки скачали шлак. Металл раскисл ли FeSi и металлическим марганцем и доводили до состава стали марки 10ХСНД. Металл разливали в слитки весом 10 кг. Слитки проковывались на пластины сечением 12 х 60 мм. Заготовки закаливали от температуры 930°С в воде и отпускали при 600°С. После улучшени  из них изготовл ли образцы дл  испытаний на раст жение и ударный изгиб.

Остаточное содержание бора в стали после продувки составило 0,0005 мас.%, что ниже оптимального, извлечение бора в сталь 4,2%. Предел текучести полученной стали 430 Н/мм , в ременное сопротивление разрыву 600 Н/мм , относительное удлинение 27%, ударна  в зкость при - 80°С 85Дж/мм . Низкое извлечение бора обусловлено неоптимальными услови ми шлакообразовани  и состава шлака: пониженное содержание кремни  в чугуне и Si02 в шлаке обусловило ускоренное нарастание основности по ходу продувки и повышение его боратной емкости за счет того, что продукты его окислени  - оксиды бора

св зываютс  в шлаке в прочные соединени  - бораты кальци  и магни . Это увеличивает и полноту окислени  бора и газификацию оксидов бора, а в конечном итоге - снижение остаточного содержани  бора в стали. Потери бора с пылью и газами в соответствии с материальным балансом плавки составили 49,2%, перешло бора в шлак от исходного в чугуне 46,6%.

Пример 2. В конвертер залили 100 кг чугуна, состава, мас.%: 4,0 С; 0,35 Si: 0,015 S;0,11 P;0,14 Mn; 0,015 В; /Si/: /В/ 23,3. Технологи  получени  и испытани  стали были те же, что и в примере № 1. Остаточное содержание бора в стали составило 0,0015 мас.%. Извлечение бора из чугуна в сталь 10,6%.

Предел текучести полученной стали составил 470 Н/мм , временное сопротивление разрыву 620 Н/мм2, относительное удлинение 26%, KCU 8°0 - 84 Дж/см2.

Микроскопическим анализом не обнаружено в шлаке боратов кальци  и магни . Бор сосредоточен преимущественно в силикатной фазе.

Полагаем, что соотношение оксидов кремни  и бора в шлаке, которое обусловлено отношением содержани  кремни  и бора в чугуне, поскольку в процессе плавки больша  часть их переходит в шлак, снизило обратную емкость шлака и степень испарени  бора в реакционной зоне. По данным материального баланса плавки перешло в шлак 50,7% бора от его исходного содержани  в чугуне, потер но с пылью и газами 38,7%, извлечено в сталь 10,6%, в то врем  как в предыдущем примере, с выходом за за вленные пределы потер но с газами и пылью 49,2%, а извлечение бора в сталь

составило лишь 4,2%.

Таким образом, за вл емый способ получени  низколегированной конструкционной стали имеет преимущества по сравнению с известным, так как позвол ет эффективно использовать недефицитные борсодержащие материалы - передельный борсодержащий чугун, выплавл емый с использованием добавок недефицитной борсодержащейрудыТаежного

месторождени , себестоимость которой не выше, чем обычной железной руды, а себестоимость передельного борсодержащего чугуна не выше обычного передельного чугуна .

Полученна  за вленным способом сталь обладает теми же свойствами, что и сталь, полученна  за счет легировани  сплавами бора.

Степень извлечени  бора из чугуна в сталь по за вл емому способу в 7 раз выше, чем по известному.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Способ получени  низколегированной конструкционной стали с содержанием бора 0,0015-03040 мас.%, включающий заливку в конвертер передельного борсодержащего чугуна, продувку чугуна кислородом, присадку охладителей до начала и по ходу продувки, скачивание шлака с

   0

   последующим раскислением металла, отличающийс  тем, что, с целью повышени  степени извлечени  бора из чугуна в сталь, используют чугун следующего состава , мас.%:

   С4,0-5,0

   Si0,35-1,00

   Мп0,10-1,5

   В0,015-0,040

   FeОстальное

   при этом поддерживают отношение содержани  кремни  к бору в пределах 23-25.

   пластины тсрнообраСотаны по рен-иму: зокзлка + отпуск 65С°С; свойства пластин, полученных из безбористого чугуна: Оад- 0 GJ 600 Н/им2. , 2К- КОТ 88 Лм/см.

   Т а б л и ц а 1

   Таблииа2