RU2200767C2

RU2200767C2 - Alloy for microalloying and modification of steel

Info

Publication number: RU2200767C2
Application number: RU2001109004A
Authority: RU
Inventors: О.Ю. Шешуков; В.И. Жучков; С.П. Бурмасов; А.А. Карпов; Е.А. Васин; В.А. Решетников; В.В. Вдовин; В.И. Касьян; В.В. Подковыркин
Original assignee: Уральский государственный технический университет (Уральский политехнический институт); Институт металлургии Уральского отделения РАН
Priority date: 2001-04-04
Filing date: 2001-04-04
Publication date: 2003-03-20

Abstract

FIELD: alloy technology. SUBSTANCE: invention provides silicon-based alloy containing, wt.%: vanadium, 15-25; iron, 2-5; calcium, 8-15; barium, 8-15; aluminum, 8-15; and carbon, not more 0.4. EFFECT: increased efficiency of usage of beneficial components in complex vanadium alloy due to improved conditions for assimilation of alloy components in steel and improved quality of the latter. 1 tbl, 3 ex

Description

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к производству комплексных ферросплавов на основе кремния, и может быть использовано для легирования и модифицирования стали. The invention relates to ferrous metallurgy, in particular to the production of complex silicon-based ferroalloys, and can be used for alloying and steel modification.

Из известных комплексных сплавов с кремнием, кальцием, ванадием наиболее близкими являются сплавы [1, 2]. Сплав на основе кремния для модифицирования стали [1] содержит, мас.%:
Ванадий - 2-15
Кальций - 1-15
Магний - 0,5-10
Алюминий - 2-20
РЗМ - 5-15
Кремний - 40-65
Железо - Остальное
Применение ферросплава такого состава для микролегирования и модифицирования затруднено, так как рекомендуется введение в сталь кальция для модифицирования не ниже 0,03%, или при данном составе ферросплава его расход составит не менее 2 кг на тонну жидкой стали. При таком расходе ферросплава возможно внести ванадия, даже при его максимальном содержании в сплаве (15%), не более 0,03%, а при реальном усвоении (80%) составит 0,02%. Для устойчивого же эффекта микролегирования необходимо, чтобы содержание ванадия в стали было в пределах 0,04-0,08%. Таким образом, необходимы более высокие расходы указанного ферросплава, что нежелательно, так как приведет к падению температуры жидкой стали и худшему усвоению ведущих элементов.Of the known complex alloys with silicon, calcium, vanadium, the closest are alloys [1, 2]. A silicon-based alloy for steel modification [1] contains, wt.%:
Vanadium - 2-15
Calcium - 1-15
Magnesium - 0.5-10
Aluminum - 2-20
REM - 5-15
Silicon - 40-65
Iron - Else
The use of a ferroalloy of such a composition for microalloying and modification is difficult, since it is recommended that calcium be added to the steel for modification not less than 0.03%, or with this composition of the ferroalloy its consumption will be at least 2 kg per ton of molten steel. With such a consumption of the ferroalloy, it is possible to add vanadium, even with its maximum content in the alloy (15%), not more than 0.03%, and with actual assimilation (80%) it will be 0.02%. For the stable effect of microalloying, it is necessary that the vanadium content in the steel be in the range of 0.04-0.08%. Thus, higher costs of the specified ferroalloy are necessary, which is undesirable, as it will lead to a drop in the temperature of the molten steel and worse absorption of the leading elements.

Наличие в составе ферросплава значительного количества модифицирующих элементов, таких как кальций и РЗМ, повышает его экплуатационные свойства. Однако следует отметить, что наличие в составе ферросплава такого элемента, как магний, нежелательно в основном по двум причинам:
1. Наличие магния в составе ферросплавов приводит к значительному пироэффекту при обработке жидкого металла.The presence of a significant amount of modifying elements in the ferroalloy, such as calcium and rare-earth metals, increases its operational properties. However, it should be noted that the presence of an element such as magnesium in the ferroalloy is undesirable mainly for two reasons:
1. The presence of magnesium in the composition of ferroalloys leads to a significant pyroelectric effect in the processing of liquid metal.

2. Магний как модификатор эффективен при обработке жидкого чугуна, а его действие при обработке жидкой стали незначительно. 2. Magnesium as a modifier is effective in the treatment of molten iron, and its effect in the processing of molten steel is negligible.

Наличие в составе ферросплава РЗМ приводит к значительному удорожанию ферросплава, так как среди заявленных в составе ферросплава элементов РЗМ самые дорогие. Кроме того, разница в цене сплава становится еще заметнее, если учесть атомные массы элементов; так для связывания одинаковых количеств кислорода и серы требуется РЗМ по массе примерно в 2 раза больше, чем кальция. The presence of rare-earth metals in the ferroalloy leads to a significant increase in the cost of the ferroalloy, since among the elements of rare-earth metals declared in the ferroalloy the most expensive. In addition, the difference in the price of the alloy becomes even more noticeable if we take into account the atomic masses of the elements; so for the binding of the same amounts of oxygen and sulfur, REM is required by weight about 2 times more than calcium.

Близким к предлагаемому по технической сущности является также сплав для модифицирования стали [2], содержащий, мас%:
Ванадий - 5-15
Кальций - 3-15
Магний - 3-6
Алюминий - 5-15
Барий - 0,5-15
РЗМ - 5-20
Углерод - 0,05-0,5
Железо - 1-15
Кремний - Остальное
Как и в ранее рассмотренном ферросплаве, его недостатком являются низкое содержание ванадия и наличие в его составе таких элементов, как магний и РЗМ.Close to the proposed technical essence is also an alloy for modifying steel [2], containing, wt%:
Vanadium - 5-15
Calcium - 3-15
Magnesium - 3-6
Aluminum - 5-15
Barium - 0.5-15
REM - 5-20
Carbon - 0.05-0.5
Iron - 1-15
Silicon - Else
As in the previously considered ferroalloy, its disadvantage is the low content of vanadium and the presence in its composition of such elements as magnesium and rare-earth metals.

Задачей заявленного нами технического решения является увеличение эффективности использования полезных компонентов, содержащихся в комплексных ванадиевых сплавах, за счет улучшения условий усвоения элементов сплавов в стали и улучшения ее качества. The objective of the claimed technical solution is to increase the efficiency of use of useful components contained in complex vanadium alloys by improving the conditions for the assimilation of alloy elements in steel and improving its quality.

Поставленная задача решается тем, что сплав для микролегирования и модифицирования на основе кремния содержит ванадий, железо, кальций, барий, алюминий и углерод, согласно изобретению, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Ванадий - 15-25
Железо - 2-5
Кальций - 8-15
Барий - 8-15
Алюминий - 8-15
Углерод - Не более 0,4
Кремний - Остальное
при этом суммарное содержание кальция и бария не более 30%.The problem is solved in that the alloy for microalloying and modification based on silicon contains vanadium, iron, calcium, barium, aluminum and carbon, according to the invention, with the following ratio of components, wt.%:
Vanadium - 15-25
Iron - 2-5
Calcium - 8-15
Barium - 8-15
Aluminum - 8-15
Carbon - Not more than 0.4
Silicon - Else
while the total content of calcium and barium is not more than 30%.

Предлагаемый комплексный ферросплав отличается соотношением компонентов и отсутствием в составе таких элементов, как магний и РЗМ, что позволяет его использовать для микролегирования и модифицирования стали. The proposed complex ferroalloy is characterized by the ratio of components and the absence of elements such as magnesium and rare-earth metals in the composition, which allows it to be used for microalloying and steel modification.

Снижение содержания ванадия менее 15 мас.% нежелательно, так как приводит к повышению расхода ферросплава при обработке стали выше уровня 2 кг на тонну жидкой стали, что не рекомендуется при микролегировании. В то же время экспериментально установлено, что для проведения микролегирования в ферросплаве целесообразно иметь содержание ведущего элемента не более 25% из-за снижения коэффициента усвоения сплава сталью и затруднений при проведении процесса его выплавки. A decrease in vanadium content of less than 15 wt.% Is undesirable, since it leads to an increase in the consumption of ferroalloy when processing steel above 2 kg per ton of molten steel, which is not recommended for microalloying. At the same time, it was experimentally established that for microalloying in a ferroalloy it is advisable to have a lead element content of not more than 25% due to a decrease in the absorption coefficient of the alloy by steel and difficulties in the process of its smelting.

Применение комплексных ферросплавов для модифицирования показывает, что модифицирующая способность ферросплавов возрастает в следующем порядке: BaSi - CaSi - CaSiBa - CaSiBaAl, при этом обработка стали ферросплавом CaSiBaAl дает лучшие результаты по сравнению со схемой обработки CaSiBa + Аl при одинаковом расходе алюминия. The use of complex ferroalloys for modification shows that the modifying ability of ferroalloys increases in the following order: BaSi - CaSi - CaSiBa - CaSiBaAl, while steel treatment with ferroalloy CaSiBaAl gives better results compared to the processing scheme for CaSiBa + Al with the same aluminum consumption.

Авторами установлено, что при легировании стали ванадием время распределения и усвоение ванадия в расплаве зависит от эффективности его раскисления (раскисляющей способности других компонентов ферросплава). Поэтому наряду с ванадием в состав сплава введены такие элементы, как кальций, барий, алюминий и кремний. Сумма кальция и бария не должна быть более 30%, поскольку повышение ее выше указанных значений не дает повышения эффективности влияния ферросплава на свойства стали, удорожая при этом ферросплав. Содержание же этих элементов в составе ферросплава на указанном уровне возможно обеспечить при содержании кремния не ниже 30%, Алюминий предохраняет ванадий от окисления. Однако получение его содержания в составе ферросплава выше 15% затруднено, а содержание ниже 8% не позволяет получать стабильные результаты по усвоению ванадия. The authors found that when alloying steel with vanadium, the distribution time and assimilation of vanadium in the melt depends on the efficiency of its deoxidation (deoxidizing ability of other components of the ferroalloy). Therefore, along with vanadium, elements such as calcium, barium, aluminum and silicon are introduced into the alloy. The sum of calcium and barium should not be more than 30%, since increasing it above the indicated values does not increase the efficiency of the influence of the ferroalloy on the properties of steel, while increasing the cost of the ferroalloy. The content of these elements in the composition of the ferroalloy at the indicated level can be achieved with a silicon content of at least 30%. Aluminum protects vanadium from oxidation. However, obtaining its content in the composition of the ferroalloy above 15% is difficult, and the content below 8% does not allow to obtain stable results on the assimilation of vanadium.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами. The invention is illustrated by the following examples.

В лабораторной печи сопротивления методом сплавления стандартных ферросплавов (ферросилиция, силикокальция, алюмобария, феррованадия и др.) были выплавлены сплавы составов, представленных в таблице под 1-5 и прототип [2]. In a laboratory resistance furnace by fusion of standard ferroalloys (ferrosilicon, silicocalcium, aluminum barium, ferrovanadium, etc.) alloys of the compositions presented in the table under 1-5 and prototype were melted [2].

В лабораторных условиях на индукционной печи ИСТ 006/01 были выполнены опытные плавки стали марки 35ГС массой по 5 кг. Заготовки стали 35ГС следующего химического состава: С=0,33%; Мn=0,94%; Si=0,63%; Cr=0,14%; Ni=0,11%; S= 0,038%; Р= 0,016%, расплавляли, нагревали до температуры 1600^oС, обрабатывали путем введения ферросплавов (таблица) из расчета введения ванадия на уровне 0,06 мас.% и выпускали в песчаные формы.In laboratory conditions, on the IST 006/01 induction furnace, experimental melts of 35GS grade steel weighing 5 kg each were performed. Billets of steel 35GS of the following chemical composition: C = 0.33%; Mn = 0.94%; Si = 0.63%; Cr = 0.14%; Ni = 0.11%; S = 0.038%; P = 0.016%, melted, heated to a temperature of 1600 ^o C, processed by introducing ferroalloys (table) based on the introduction of vanadium at the level of 0.06 wt.% And released into sand forms.

Химический анализ и исследования механических свойств на полученных образцах показали, что наилучшие результаты по усвоению ванадия и влиянию на уровень механических свойств были получены при обработке расплава ферросплавами 2-3 (таблица). Применение ферросплавов 1, 5 и прототипа (таблица) привело к меньшему повышению механических свойств и усвоению ванадия. Chemical analysis and studies of the mechanical properties of the obtained samples showed that the best results on the assimilation of vanadium and the effect on the level of mechanical properties were obtained by treating the melt with ferroalloys 2-3 (table). The use of ferroalloys 1, 5 and the prototype (table) led to a smaller increase in mechanical properties and the assimilation of vanadium.

На основании лабораторных исследований в промышленных условиях производителем комплексных ванадийсодержащих ферросплавов ООО "Пиромет" выплавлена опытно-промышленная партия комплексного ванадиевого ферросплава следующего химического состава, мас. %: V=22,3; Са=12,8; Ва=11,4; Аl=10,9; Fe=6,2; C= 0,24; Si остальное (таблица, сплав 6). Based on laboratory tests in an industrial environment, the manufacturer of complex vanadium-containing ferroalloys of Pyromet LLC produced a pilot industrial batch of complex vanadium ferroalloys of the following chemical composition, wt. %: V = 22.3; Ca = 12.8; Ba = 11.4; Al = 10.9; Fe = 6.2; C = 0.24; Si the rest (table, alloy 6).

На ОАО "Мет.завод им.А.К.Серова" проведена компания по выплавке конструкционной марки стали (35ГС) с обработкой ферросплавом (таблица, сплав 6) с целью повышения механических свойств. At JSC "Metallurgical Plant named after AK Serov", a company was smelted for structural steel grade (35GS) with ferroalloy treatment (table, alloy 6) in order to improve mechanical properties.

Выплавку стали осуществляли в 180-тонной мартеновской печи с выпуском металла на два ковша: I ковш - металл обрабатывался с использованием заявляемого комплексного ферросплава; II ковш - металл обрабатывался с использованием феррованадия марки ФВд50. Steel was smelted in a 180-ton open-hearth furnace with the release of metal into two ladles: I ladle - the metal was processed using the inventive complex ferroalloy; II bucket - metal was processed using ferrovanadium grade FVd50.

Результатами химического анализа, металлографических исследований и испытаний механических свойств показано, что применение заявляемого ферросплава для обработки стали по сравнению с использованием стандартного ферросплава - феррованадия марки ФВд50 - позволяет
1) получить усвоение ванадия на исследуемых марках стали на уровне 94-97%;
2) снизить брак прокатной заготовки по трещинам на 18-47%;
3) увеличить механические свойства на 11-19%.The results of chemical analysis, metallographic studies and tests of mechanical properties showed that the use of the inventive ferroalloy for steel processing compared with the use of a standard ferroalloy - ferrovanadium grade FVd50 - allows
1) to obtain the absorption of vanadium on the studied steel grades at the level of 94-97%;
2) to reduce the defect of the rolled stock by cracks by 18-47%;
3) increase the mechanical properties by 11-19%.

Таким образом,
1. Содержание ванадия в составе ферросплава ниже 15%, даже при достаточно хорошем усвоении, не приводит при обработке стали к повышению ее механических свойств. В то же время, как указывалось ранее, в ферросплаве целесообразно иметь содержание ведущего элемента не более 25% из-за снижения коэффициента усвоения сплава сталью и затруднений при проведении процесса его выплавки.Thus,
1. The content of vanadium in the composition of the ferroalloy is less than 15%, even with sufficiently good assimilation, does not lead to an increase in its mechanical properties when processing steel. At the same time, as mentioned earlier, in a ferroalloy it is advisable to have a lead element content of not more than 25% due to a decrease in the absorption coefficient of the alloy by steel and difficulties in the process of its smelting.

2. Сумма кальция и бария на уровне 20-30% позволяет при обработке стали получать высокие результаты по модифицированию стали, так как сплав, с точки зрения авторов, имеет оптимальную плотность, но и не должна быть более указанных значений, поскольку не дает повышения эффективности влияния ферросплава на свойства стали, удорожая при этом ферросплав. 2. The amount of calcium and barium at a level of 20-30% allows for the processing of steel to obtain high results for steel modification, since the alloy, from the point of view of the authors, has an optimal density, but should not be more than the specified values, since it does not increase the efficiency the effect of ferroalloy on the properties of steel, while increasing the cost of ferroalloy.

3. Содержание алюминия в составе ферросплава ниже 10% не позволяет получить стабильные результаты по усвоению ванадия и повышению при обработке стали ее механических свойств, так как алюминий предохраняет ванадий от окисления. 3. The aluminum content in the composition of the ferroalloy below 10% does not allow to obtain stable results on the assimilation of vanadium and increase its mechanical properties when processing steel, since aluminum protects vanadium from oxidation.

Проведенные лабораторные, опытно-промышленные эксперименты и практические результаты, представленные в таблице, указали реальную возможность применения заявляемого ферросплава для микролегирования и модифицирования стали с целью повышения коэффициента усвоения ванадия расплавом на 8-11% и повышения механических свойств на 10-20%. The laboratory, experimental and industrial experiments and practical results presented in the table indicated the real possibility of using the inventive ferroalloy for microalloying and steel modification in order to increase the vanadium absorption coefficient by melt by 8-11% and increase the mechanical properties by 10-20%.

Источники информации
1. А.с. РСФСР 532651, С 22 С 35/00, И.С. Кумыш, В.Н. Горячев, Н.П. Лякишев, от 06.08.75, Модификатор, БИ 1976 39.Sources of information
1. A.S. RSFSR 532651, C 22 C 35/00, I.S. Kumysh, V.N. Goryachev, N.P. Lyakishev, from 06/08/75, Modifier, BI 1976 39.

2. А.с. УкССР 541889, С 22 С 35/00, В.Д. Краля, А.Г.К. Кулеев, И.М. Мамедов и др., от 02.09.75, Модификатор, БИ 1977 1. 2. A.S. UKSSR 541889, C 22 C 35/00, V.D. Kralia, A.G.K. Kuleev, I.M. Mamedov et al., Dated 02.09.75, Modifier, BI 1977 1.

Claims

An alloy for microalloying and modifying silicon-based steel containing vanadium, iron, calcium, barium, aluminum and carbon, characterized in that it contains these components in the following ratio, wt. %:
Vanadium - 15-25
Iron - 2-5
Calcium - 8-15
Barium - 8-15
Aluminum - 8-15
Carbon - Not more than 0.4
Silicon - Else
while the total content of calcium and barium is not more than 30%.