RU2407606C1 - Procedure for production of continuous cast work piece of upgraded quality - Google Patents

Procedure for production of continuous cast work piece of upgraded quality Download PDF

Info

Publication number
RU2407606C1
RU2407606C1 RU2009144362/02A RU2009144362A RU2407606C1 RU 2407606 C1 RU2407606 C1 RU 2407606C1 RU 2009144362/02 A RU2009144362/02 A RU 2009144362/02A RU 2009144362 A RU2009144362 A RU 2009144362A RU 2407606 C1 RU2407606 C1 RU 2407606C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
steel
macro
modifiers
refrigerators
cast
Prior art date
Application number
RU2009144362/02A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Алексей Владиславович Кушнарев (RU)
Алексей Владиславович Кушнарев
Евгений Христофорович Шахпазов (RU)
Евгений Христофорович Шахпазов
Анатолий Александрович Киричков (RU)
Анатолий Александрович Киричков
Юрий Петрович Петренко (RU)
Юрий Петрович Петренко
Павел Владимирович Эккерт (RU)
Павел Владимирович Эккерт
Олег Владимирович Травин (RU)
Олег Владимирович Травин
Наталья Михайловна Александрова (RU)
Наталья Михайловна Александрова
Иван Борисович Чудаков (RU)
Иван Борисович Чудаков
Сергей Юрьевич Макушев (RU)
Сергей Юрьевич Макушев
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Нижнетагильский металлургический комбинат" (ОАО "НТМК")
Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии им. И.П. Бардина" (ФГУП "ЦНИИчермет им. И.П. Бардина")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Нижнетагильский металлургический комбинат" (ОАО "НТМК"), Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии им. И.П. Бардина" (ФГУП "ЦНИИчермет им. И.П. Бардина") filed Critical Открытое акционерное общество "Нижнетагильский металлургический комбинат" (ОАО "НТМК")
Priority to RU2009144362/02A priority Critical patent/RU2407606C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2407606C1 publication Critical patent/RU2407606C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: metallurgy.
SUBSTANCE: procedure consists in steel melting, in refining, modifying, in casting into crystalliser and in introducing macro-coolers into crystalliser. The macro-coolers (Mc) correspond to melt band steel elements of 0.4 to 2.8 mm thickness. Simultaneously with macro-coolers modifiers (Mm) are introduced into the crystalliser. Summary amount of macro-coolers and modifiers is (Mm+Mc)=(0.0004÷0.009)Ms at ratio Mm:Mc≤(0.003÷0.7), where Ms - is weight of steel in the crystalliser.
EFFECT: increased dispersion of crystal structure of continuous cast work pieces, reduced degree of liquation of chemical elements both in axial zone and along whole cross section of work pieces.
9 cl, 7 dwg, 3 ex

Description

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам получения непрерывнолитых заготовок повышенного качества, реализуемых за счет использования ускоренного охлаждения стали в кристаллизаторе.The invention relates to the field of metallurgy, in particular to methods for producing continuously cast billets of high quality, implemented through the use of accelerated cooling of steel in the mold.

Повышение качества стали непосредственно связано с возможностью достижения в непрерывнолитых заготовках дисперсной дендритной структуры и более равномерного распределения химических элементов по всему сечению заготовок.Improving the quality of steel is directly related to the possibility of achieving a dispersed dendritic structure in continuously cast billets and a more uniform distribution of chemical elements throughout the billet cross section.

Важным условием, обеспечивающим формирование дисперсных структур сталей с повышенными свойствами, является снижение степени перегрева сталей при их разливке, где степень перегрева - это разница между температурой расплава и его температурой ликвидус. При отсутствии перегрева расплава в заготовке не образуются ориентированные столбчатые дендритные структуры, а формируются кристаллы с различной ориентировкой. Дисперсность сформированной литой структуры в значительной мере наследуется при проведении последующих этапов переработки литых заготовок в изделия.An important condition for the formation of dispersed structures of steels with improved properties is to reduce the degree of overheating of steels during their casting, where the degree of overheating is the difference between the temperature of the melt and its liquidus temperature. In the absence of overheating of the melt, oriented columnar dendritic structures are not formed in the preform, but crystals with different orientations are formed. The dispersion of the formed cast structure is largely inherited during the subsequent stages of processing cast billets into products.

В мировой практике легирование и модифицирование стали являются наиболее распространенными способами повышения качества литого металла не только за счет повышения дисперсности структуры по всему сечению непрерывнолитых заготовок, особенно их центральной зоны, но и вследствие упрочнения структурных составляющих. При этом установлено, что наиболее важным условием формирования дисперсной литой структуры является снижение перегрева стали, находящейся именно в кристаллизаторе. Снижение или полное снятие перегрева и повышение скорости теплоотвода ускоряют процесс кристаллизации и, следовательно, уменьшают степень ликвационной (химической) неоднородности и повышают дисперсность структур.In world practice, alloying and steel modification are the most common ways to improve the quality of cast metal, not only by increasing the dispersion of the structure over the entire cross section of continuously cast billets, especially their central zone, but also due to the strengthening of structural components. It was found that the most important condition for the formation of a dispersed cast structure is to reduce the overheating of steel located precisely in the mold. Reducing or completely removing overheating and increasing the rate of heat removal accelerate the crystallization process and, therefore, reduce the degree of segregation (chemical) heterogeneity and increase the dispersion of structures.

Решение проблем снижения неоднородности структуры стали в непрерывнолитых заготовках, обусловленных наличием перегрева стали, осуществляется путем введения в расплав микро- и макрохолодильников, а также модифицирующих добавок. При этом указанные присадки вводят либо в промковш, либо непосредственно в кристаллизатор (патент СССР №SU 1813114 от 27.06.1991; патент США №US 4440658 от 30.06.1981). Наиболее характерным недостатком указанных способов являлась неконтролируемая и неполная степень усвоения модифицирующих компонентов, содержащихся в добавках. Это особенно относится к материалам с большой удельной поверхностью (гранулированным и порошковым) с присущим им высоким содержанием оксидных включений, несоответствием составов добавок требованиям к температурам их плавления. Кроме того, в ряде случаев рекомендуются добавки, содержащие алюминий, оксиды которого опасны для некоторых классов сталей (в частности, сталей транспортного назначения), поскольку алюминаты существенно снижают циклическую выносливость металла.The solution to the problems of reducing the heterogeneity of the steel structure in continuously cast billets, due to the presence of steel overheating, is carried out by introducing micro- and macro-refrigerators, as well as modifying additives, into the melt. Moreover, these additives are introduced either into the scoop or directly into the mold (USSR patent No.SU 1813114 from 06/27/1991; US patent No.US 4440658 from 06/30/1981). The most characteristic drawback of these methods was the uncontrolled and incomplete degree of assimilation of the modifying components contained in the additives. This is especially true for materials with a large specific surface (granular and powder) with their inherent high content of oxide inclusions, the mismatch of the composition of the additives to the requirements for their melting temperatures. In addition, in some cases, additives containing aluminum are recommended, the oxides of which are dangerous for some classes of steels (in particular, transport steels), since aluminates significantly reduce the cyclic endurance of the metal.

В патенте США №US 4440658 от 30.06.1981 излагается способ модифицирования стали боросодержащими смесями. Добавки применяют преимущественно в виде гранул (на основе Fe), содержащих 0,25÷3,0% В, 2,5÷40% РЗМ, 6÷60% Ti, их вводят в кристаллизатор через канал, подводящий сталь из промковша. Кроме бора, РЗМ и титана добавки могут содержать Si; Ca; Mn, Zr. При этом соотношения массовых долей Ti к В в материале добавки находятся в пределах 20:1-60:1, а соотношение массовых долей титана и редкоземельных металлов к бору меняется от 30:1 к 90:1. Результатом использования изобретения является образование тонкодисперсной, т.е мелкозернистой структуры металла, формирующейся еще в литом состоянии. Конечное содержание элементов в разливаемой стали: 0,0005-0,003% B; 0,005-0,035% Ti, 0,2-0,6% С, приводится при условии предварительного раскисления стали кремнием. В этом случае в стали должно быть растворено не более 0,004% Al, а концентрация кремния не должна превышать 0,35%.US Pat. No. 4,440,658 dated June 30, 1981 sets forth a method for modifying steel with boron mixtures. Additives are mainly used in the form of granules (based on Fe) containing 0.25–3.0% B, 2.5–40% REM, 6–60% Ti; they are introduced into the crystallizer through a channel supplying steel from the ladle. In addition to boron, rare-earth metals and titanium, additives may contain Si; Ca; Mn, Zr. The ratio of the mass fractions of Ti to B in the additive material is in the range of 20: 1-60: 1, and the ratio of the mass fractions of titanium and rare earth metals to boron varies from 30: 1 to 90: 1. The result of the use of the invention is the formation of a finely dispersed, i.e., fine-grained metal structure that is formed even in a molten state. Final content of elements in cast steel: 0.0005-0.003% B; 0.005-0.035% Ti, 0.2-0.6% C, is subject to preliminary deoxidation of the steel with silicon. In this case, no more than 0.004% Al should be dissolved in the steel, and the silicon concentration should not exceed 0.35%.

Недостатками данного способа модифицирования стали является непостоянная и низкая степень усвоения добавляемых в кристаллизатор модифицирующих смесей и образование большого и переменного объема неметаллических включений.The disadvantages of this method of steel modification is the inconsistent and low degree of assimilation of the modifying mixtures added to the mold and the formation of a large and variable volume of non-metallic inclusions.

Из числа работ, в которых для совершенствования структуры используют микрохолодильники, вводимые в кристаллизатор установки для непрерывной разливки стали, следует отметить статью [M.Ardelean, E.Ardelean, A.Socalici, T.Heput, Экспериментальное оборудование для введения микрохолодильников в промковш и кристаллизатор установки для непрерывной разливки стали, Annales of the Oradea University (ISSN 1583-0691), 2008, vol.39 No 3, ppl 190-1195]. В этой работе рассматривается реализованная на практике промышленная технология непрерывной разливки углеродистых сталей с введением в расплав сплава-микрохолодильника. Согласно этой публикации гранулы того же химсостава, что и разливаемая сталь, вводятся непосредственно в кристаллизатор сечением ~270×240 мм (или одновременно в несколько кристаллизаторов соответственно числу ручьев установки непрерывной разливки). Сплав-микрохолодильник вводится в расплав сверху, ссыпаясь со специальных транспортеров на зеркало расплава, покрытое слоем шлака.Among the works in which microchillers introduced into the mold of a continuous steel casting plant are used to improve the structure, the article should be noted [M.Ardelean, E.Ardelean, A.Socalici, T.Heput, Experimental equipment for introducing microchillers into a tundish and crystallizer installations for continuous casting of steel, Annales of the Oradea University (ISSN 1583-0691), 2008, vol. 39 No. 3, ppl 190-1195]. In this work, we consider the industrial technology implemented in practice for the continuous casting of carbon steels with the introduction of a micro-refrigerator alloy into the melt. According to this publication, granules of the same chemical composition as the cast steel are introduced directly into the mold with a cross section of ~ 270 × 240 mm (or simultaneously into several molds according to the number of streams of the continuous casting plant). The micro-refrigerator alloy is introduced into the melt from above, pouring from special conveyors onto the melt mirror covered with a layer of slag.

К недостатку способа следует отнести увеличение количества неметаллических включений в материале. На окисленную поверхность холодных гранул сплава будет намораживаться расплав, фиксируя имеющиеся оксидные пленки и препятствуя заглублению гранул в расплав. Тем самым возникает неоднородность стали по длине и сечению заготовок. Хаотически расположенные гранулы или отрезки проволоки с намороженным на них слоем металла могут способствовать скоплению таких конгломератов вблизи и внутри металлоподводящих каналов и дестабилизировать скорость поступления стали в кристаллизатор.The disadvantage of this method is the increase in the number of non-metallic inclusions in the material. The melt will freeze onto the oxidized surface of the cold alloy granules, fixing existing oxide films and preventing the granules from penetrating into the melt. Thus, there is a heterogeneity of steel along the length and cross section of the workpieces. Randomly spaced granules or wire segments with a metal layer frozen on them can contribute to the accumulation of such conglomerates near and inside metal-supplying channels and destabilize the rate of steel entry into the mold.

Известен способ разливки металла, имеющего высокую пластичность (патент ЕР 0605379 от 06.07.1994 г.).A known method of casting a metal having high ductility (patent EP 0605379 from 07/06/1994).

Согласно патенту ЕР 0605379 металл разливается через полый водоохлаждаемый переходник, расположенный между промковшом и кристаллизатором, при этом во внутреннее пространство полого переходника вводится мелкодисперсный металлический материал (сплав-микрохолодильник). Мелкодисперсный металлический материал подается в виде взвеси в инертном газе и имеет минимально возможное количество кислорода. Мелкодисперсный материал состоит из порошка того же металла, что и разливаемый металл, и он вводится со скоростью, меньшей или равной 1% от массовой скорости разливки. В качестве варианта вводимый дисперсный порошок может быть из другого металла, чем разливаемый металл, при этом общая скорость подачи может варьироваться от 0,5% до 10% от скорости разливки. Предпочтительно рекомендуется использовать порошки с размером частиц, не превышающим 1000 мкм. В описании патента ЕР 0605379 указывается, что снятие перегрева расплава за счет использования данного изобретения может составлять 25-35°С. Техническим результатом изобретения в данном патенте является получение однородной мелкодисперсной структуры, в том числе и в осевой зоне непрерывнолитых заготовок. Однако вышеописанная технология не может рекомендоваться для массового производства стали, т.к. потребное количество порошкового материала может достигать 2~10% от массы разливаемой стали, что является неприемлемым по экономическим соображениям.According to patent EP 0605379, the metal is poured through a hollow water-cooled adapter located between the tundish and the mold, while finely dispersed metallic material (micro-refrigerator alloy) is introduced into the interior of the hollow adapter. Fine metal material is supplied in the form of a suspension in an inert gas and has the lowest possible amount of oxygen. Fine material consists of a powder of the same metal as the metal being cast, and it is introduced at a rate less than or equal to 1% of the mass casting speed. Alternatively, the particulate powder introduced may be of a different metal than the cast metal, with the total feed rate varying from 0.5% to 10% of the casting speed. Preferably, powders with a particle size not exceeding 1000 microns are recommended. In the description of the patent EP 0605379 it is indicated that the removal of overheating of the melt due to the use of this invention can be 25-35 ° C. The technical result of the invention in this patent is to obtain a homogeneous finely dispersed structure, including in the axial zone of continuously cast billets. However, the above technology cannot be recommended for mass production of steel, as the required amount of powder material can reach 2 ~ 10% by weight of the cast steel, which is unacceptable for economic reasons.

Известен также способ обработки непрерывно разливаемой стали [авторское свидетельство СССР SU 1774898 от 25.02.1991 г]. Согласно изобретению SU 1774898 принудительное снятие перегрева расплава проводят со скоростью 5-10°С/мин путем присадки кусковых отходов стали того же химического состава в количестве 0,5-5,0 кг/тонну, продувают аргоном с расходом 3÷5 м3/мин и встречными потоками вводят плакированный порошковый модификатор и аргон в вертикальный металлопроводящий канал секционного промежуточного ковша с расходами соответственно 0,5÷1,5 кг/тонну и 1,15÷1,30 м3/тонну. Техническим результатом данного изобретения является: улучшение качества стали, повышение глубины рафинирования, уменьшение структурной макро- и микронеоднородности, а также снижение расхода легирующих материалов.There is also known a method of processing continuously cast steel [USSR copyright certificate SU 1774898 of 02.25.1991]. According to the invention SU 1774898, the forced removal of overheating of the melt is carried out at a rate of 5-10 ° C / min by adding lumpy waste of steel of the same chemical composition in an amount of 0.5-5.0 kg / ton, purged with argon with a flow rate of 3 ÷ 5 m 3 / min and counter flows introduce clad powder modifier and argon into the vertical metal channel of the sectional intermediate ladle with flow rates of 0.5–1.5 kg / ton and 1.15–1.30 m 3 / ton, respectively. The technical result of this invention is: improving the quality of steel, increasing the depth of refining, reducing structural macro- and microinhomogeneity, as well as reducing the consumption of alloying materials.

Недостатком этого изобретения является невозможность эффективного воздействия на структуру кристаллизующегося металла, т.к. присадка охлаждающих расплав материалов производится вдали от кристаллизатора, в котором начинает формироваться структура непрерывнолитого слитка.The disadvantage of this invention is the inability to effectively affect the structure of the crystallizing metal, because the additive cooling the melt materials is made far from the mold, in which the structure of continuously cast ingot begins to form.

Известен способ непрерывного литья заготовок прямоугольного поперечного сечения [патент Украины UA 4927 от 28.12.1994 г.]. Согласно UA 4927 металл подают в кристаллизатор и в него вводят холодильник в виде ленты со скоростью, зависящей от скорости разливки, отличающийся тем, что в качестве холодильника используют стальную ленту с температурой ликвидус Тл≤Тс - 5, а скорость ее ввода в кристаллизатор определяют по зависимости:A known method of continuous casting of billets of rectangular cross section [Ukrainian patent UA 4927 from 12.28.1994]. According to UA 4927, metal is fed into the crystallizer and a refrigerator is introduced into it in the form of a tape with a speed depending on the casting speed, characterized in that a steel tape with a liquidus temperature T l ≤T s - 5 is used as a refrigerator, and its input speed into the mold determined by the dependence:

VB=K·S·(δ·l)-1(Tp-Tc)Vp V B = K · S · (δ · l) -1 (T p -T c ) V p

где К=0,00044 - эмпирический коэффициент; S - площадь поперечного сечения сляба, мм2; Тр - температура разливаемой стали; Тс - температура ликвидус разливаемой стали, град; δ и l - толщина и ширина ленты соответственно, мм; Vp - скорость разливки стали, м/мин.where K = 0,00044 is an empirical coefficient; S is the cross-sectional area of the slab, mm 2 ; T p - temperature cast steel; T with - liquidus temperature of cast steel, degrees; δ and l are the thickness and width of the tape, respectively, mm; V p - steel casting speed, m / min.

В результате было достигнуто улучшение макроструктуры непрерывнолитых заготовок (снижение осевой ликвации, рыхлости и др.).As a result, an improvement was achieved in the macrostructure of continuously cast billets (reduction in axial segregation, friability, etc.).

Недостатком вышеуказанного способа является отсутствие модифицирования разливаемой стали в кристаллизаторе, что не приводит к формированию дополнительных центров кристаллизации в расплаве и не обеспечивает формирование более дисперсной литой структуры.The disadvantage of the above method is the lack of modification of cast steel in the mold, which does not lead to the formation of additional crystallization centers in the melt and does not provide the formation of a more dispersed cast structure.

Известен способ обработки металлического расплава при непрерывной разливке заготовок [патент Украины UA 40053 от 16.07.2001 г]. Согласно описанию патентуемый способ включает подачу металла в кристаллизатор прямоугольного поперечного сечения, придание металлической ленте необходимой траектории движения и введение в расплав холодильников в виде металлической ленты под определенным углом относительно вертикальной оси кристаллизатора и его широкой стороны, причем в расплав через ленту вводят электрогидравлические ударные импульсы, которые направляют в направлении движения ленты. При введении ленточных макрохолодильников в кристаллизатор согласно вышеуказанному методу расплавление макрохолодильников происходит ускоренно, что уменьшает вероятность вмораживания материала макрохолодильника в кристаллизующийся расплав. Недостатком вышеуказанного способа также является отсутствие модифицирования разливаемой стали в кристаллизаторе, что не приводит к формированию дополнительных центров кристаллизации.A known method of processing a metal melt during continuous casting of blanks [patent of Ukraine UA 40053 from 07.16.2001 g]. According to the description, the patented method includes feeding metal into a crystallizer of rectangular cross-section, imparting a necessary trajectory to the metal tape and introducing into the melt of refrigerators in the form of a metal tape at a certain angle relative to the vertical axis of the mold and its wide side, and electro-hydraulic shock pulses are introduced into the melt through the tape, which direct in the direction of movement of the tape. When tape macrochillers are introduced into the crystallizer according to the above method, the melting of the macrochairs is accelerated, which reduces the likelihood of freezing the material of the macrochiller into the crystallizing melt. The disadvantage of the above method is the lack of modification of cast steel in the mold, which does not lead to the formation of additional crystallization centers.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по достигнутым техническим результатам является патент СССР №SU 1813114 от 27.06.1991 г., который послужил прототипом.Closest to the claimed invention according to the achieved technical results is the USSR patent No. SU 1813114 of 06/27/1991, which served as a prototype.

В описании патента СССР №SU 1813114 от 27.06.1991 г. изложен способ модифицирования осевой зоны непрерывнолитой заготовки. Согласно этому изобретению для снижения ликвации элементов в осевой зоне широких непрерывнолитых слябов сечением 300×1850 мм2 в кристаллизатор МНЛЗ под стопор сталеразливочного стакана вводят металлический макрохолодильник в виде ленты (или полосы сечением, например, 1,5×1500 мм), изготовленной из сплава следующего химического состава: углерод 0,3-0,45 мас.%, кремний 0,2-0,45%, марганец 0,3-0,65%, титан 0,01-0,04%, алюминий 0,2-0,5%, остальное - железо. Техническим результатом использования данного изобретения является снижение уровня ликвации элементов в осевой зоне заготовок, в первую очередь по марганцу и фосфору, до пределов, исключающих образование промежуточных структур в осевой зоне сляба, что предотвращает появление микротрещин и значительно снижает отбраковку по ультразвуковой дефектоскопии.In the description of the USSR patent No. SU 1813114 of 06/27/1991, a method for modifying the axial zone of a continuously cast billet is described. According to this invention, to reduce the segregation of elements in the axial zone of wide continuously cast slabs with a cross section of 300 × 1850 mm 2, a metal macro-refrigerator in the form of a tape (or strip with a cross-section, for example, 1.5 × 1500 mm) made of an alloy is introduced into the continuous casting mold in the caster of the casting nozzle the following chemical composition: carbon 0.3-0.45 wt.%, silicon 0.2-0.45%, manganese 0.3-0.65%, titanium 0.01-0.04%, aluminum 0.2 -0.5%, the rest is iron. The technical result of the use of this invention is to reduce the level of segregation of elements in the axial zone of the workpieces, primarily for manganese and phosphorus, to the extent that exclude the formation of intermediate structures in the axial zone of the slab, which prevents microcracks and significantly reduces the rejection by ultrasonic inspection.

Недостатками этого изобретения является применение авторами составов, отличающихся повышенным содержанием алюминия и титана, что является недопустимым для снятия перегрева большого числа марок сталей, так как приводит к формированию в заготовках строчечных высокоглиноземных неметаллических включений, оказывающих резко отрицательное воздействие на сопротивление металла разрушению и выносливость при циклическом нагружении, а также приводящих к появлению ряда поверхностных и объемных дефектов, сокращающих срок службы изделий. Кроме того, возможность использования предложенного способа при разливке углеродистых сталей ограничена образованием в них карбидов титана, приводящих к проявлению карбидной неоднородности литых заготовок. Применение заявленных в данном прототипе химических составов вводимых материалов при разливке именно высокоуглеродистых сталей может приводить к вмораживанию лент в разливаемые расплавы с характерными для них низкими температурами ликвидус, а их использование при повышенных температурах разливки стали исключает возможность требуемого снижения перегрева и не противодействует проявлению дендритной структуры стали.The disadvantages of this invention is the use by the authors of compositions characterized by a high content of aluminum and titanium, which is unacceptable for removing overheating of a large number of steel grades, since it leads to the formation of high-alumina non-metallic inclusions in the workpieces, which have a sharp negative effect on the metal resistance to fracture and endurance in cyclic loading, as well as leading to the appearance of a number of surface and bulk defects, reducing the service life of the products. In addition, the possibility of using the proposed method for casting carbon steels is limited by the formation of titanium carbides in them, leading to the manifestation of carbide inhomogeneity of cast billets. The use of the chemical compositions of the input materials declared in this prototype during the casting of high-carbon steels can lead to the freezing of tapes into cast melts with characteristic low liquidus temperatures, and their use at elevated steel casting temperatures eliminates the possibility of the required reduction in overheating and does not counteract the manifestation of the dendritic structure of the steel .

Основные задачи, на решение которых направлено настоящее изобретение, состоят в увеличении дисперсности кристаллического строения металла, в снижении степени ликвации химических элементов как в осевой зоне, так и по всему сечению заготовок. Одним из возможных путей решения отмеченных задач является принудительное уменьшение величины перегрева стали, поступившей в кристаллизатор.The main tasks to be solved by the present invention are directed, are to increase the dispersion of the crystalline structure of the metal, to reduce the degree of segregation of chemical elements both in the axial zone and throughout the cross section of the workpieces. One of the possible ways to solve these problems is to forcefully reduce the overheating of the steel entering the mold.

Необходимость исходного перегрева стали обусловлена теплопотерями на всех этапах ее перемещения от плавильного агрегата до кристаллизатора. Конечный перегрев стали, поступающей в кристаллизатор, необходим и технологически обусловлен требованием исключения аварийных ситуаций, связанных с ее затвердеванием в подводящих каналах. В то же время наличие перегрева способствует возникновению колебаний скорости затвердевания, при которых изменяется не только дисперсность структуры, но и состав затвердевающей стали, в результате чего образуются ликвационные зоны. То есть степень ликвации зависит от линейной скорости продвижения фронта кристаллизации Vк, его температуры Тк и от диффузионной подвижности Di компонентов, входящих в состав стали. Известно, что в сталях наибольшей диффузионной подвижностью обладает углерод. В присутствии модифицирующих добавок или карбидообразующих элементов он образует в диффузионном слое тугоплавкие соединения, являющиеся зародышами кристаллизации. Изменение дисперсности структуры закристаллизованного металла зависит от числа зародышей, возникающих на единицу массы модифицирующих компонентов. Известно, что очень большое число частиц-зародышей образуется при присадке бора, так как именно для него величина уменьшения свободной энергии при образовании одного грамма тугоплавких соединений максимальна (больше чем с другими модифицирующими компонентами). Присадки бора существенно изменяют структуру стали при его содержаниях порядка 10-3%. Присадки таких модифицирующих элементов, как титан, цирконий и ванадий, эффективны при содержаниях, превышающих сотые доли процента.The need for the initial overheating of steel is due to heat loss at all stages of its movement from the melting unit to the crystallizer. The final overheating of the steel entering the mold is necessary and technologically due to the requirement to exclude emergency situations associated with its solidification in the supply channels. At the same time, the presence of overheating contributes to the emergence of fluctuations in the solidification rate, at which not only the dispersion of the structure, but also the composition of the hardening steel changes, resulting in the formation of segregation zones. That is, the degree of segregation depends on the linear velocity of the crystallization front V k , its temperature T k and the diffusion mobility D i of the components that make up the steel. It is known that in steels carbon has the highest diffusion mobility. In the presence of modifying additives or carbide-forming elements, it forms refractory compounds in the diffusion layer, which are crystallization nuclei. The change in the dispersion of the structure of a crystallized metal depends on the number of nuclei arising per unit mass of the modifying components. It is known that a very large number of nucleus particles are formed when boron is added, since it is for him that the amount of decrease in free energy during the formation of one gram of refractory compounds is maximum (more than with other modifying components). Additives of boron significantly change the structure of steel with its contents of the order of 10 -3 %. Additives of modifying elements such as titanium, zirconium and vanadium are effective at contents exceeding hundredths of a percent.

Технический результат - повышение качества непрерывнолитой заготовки и изделий, выполненных из нее, за счет формирования дисперсных литых структур и снижения степени ликвационной неоднородности в непрерывнолитых заготовках преимущественно высокоуглеродистых сталей.The technical result - improving the quality of continuously cast billets and products made from it, due to the formation of dispersed cast structures and reduce the degree of segregation heterogeneity in continuously cast billets of predominantly high-carbon steels.

Заявляемый технический результат достигается тем, что в способе получения непрерывнолитой заготовки, включающем выплавку стали, рафинирование, модифицирование, разливку в кристаллизатор и введение в него макрохолодильников, согласно изобретению одновременно с макрохолодильниками (Мх) в виде расплавляемых ленточных стальных элементов толщиной от 0,4 до 2,8 мм в кристаллизатор вводят модификаторы (Мм), суммарное количество которых составляет (Мм+Мх)=(0,0004÷0,009)Мс при соотношении Мм:Мх≤(0,003÷0,7), где Mc - масса стали в кристаллизаторе.The claimed technical result is achieved in that in a method for producing a continuously cast billet, including steel smelting, refining, modifying, casting into a mold and introducing macro-refrigerators into it, according to the invention simultaneously with macro-refrigerators (MX) in the form of molten steel strip elements from 0.4 to Modifiers (Mm) are introduced into the crystallizer 2.8 mm, the total amount of which is (Mm + Mx) = (0.0004 ÷ 0.009) Ms with the ratio Mm: Mx ≤ (0.003 ÷ 0.7), where Mc is the mass of steel in crystallizer.

В качестве макрохолодильников используют стальные элементы с температурами ликвидус на 5÷35°С ниже, чем температура ликвидус разливаемой стали. Модификаторы вводят в виде лент и/или пластин толщиной от 0,4 до 2,8 мм, содержащих в своем составе модифицирующие элементы, или в виде порошковых смесей в герметичных трубчатых оболочках с толщиной стенок оболочки от 0,15 до 0,8 мм. Трубчатую оболочку выполняют из нержавеющей стали, температура ликвидус которой не превышает температуру ликвидус разливаемой стали.As macrochillers use steel elements with liquidus temperatures 5 ÷ 35 ° C lower than the liquidus temperature of cast steel. Modifiers are introduced in the form of tapes and / or plates with a thickness of 0.4 to 2.8 mm containing modifying elements, or in the form of powder mixtures in sealed tubular shells with a shell wall thickness of 0.15 to 0.8 mm. The tubular shell is made of stainless steel, the liquidus temperature of which does not exceed the liquidus temperature of the cast steel.

Макрохолодильники и/или модификаторы содержат марганец и кремний в количестве, превышающем до 7 раз их содержание в разливаемой стали, что уменьшает температуру ликвидус, а также повышает степень раскисления стали и улучшает условия удаления неметаллических включений. В состав макрохолодильников и/или модификаторов вводят бор, при этом в ленточных макрохолодильниках и/или модификаторах его содержание колеблется от 0,07 до 0,45% (по массе).Macro-refrigerators and / or modifiers contain manganese and silicon in an amount exceeding up to 7 times their content in cast steel, which reduces the liquidus temperature, and also increases the degree of steel deoxidation and improves the conditions for removing non-metallic inclusions. Boron is introduced into the composition of macro-refrigerators and / or modifiers, while in tape macro-refrigerators and / or modifiers, its content ranges from 0.07 to 0.45% (by weight).

В состав модификаторов в виде порошковых смесей в герметичных трубчатых оболочках вводят бор в количестве от 1% до 15% (по массе). Согласно изобретению разливают высокоуглеродистую сталь с содержанием углерода от 0,65% до 1,1% (по массе).The composition of modifiers in the form of powder mixtures in sealed tubular shells introduce boron in an amount of from 1% to 15% (by weight). According to the invention, high carbon steel is poured with a carbon content of from 0.65% to 1.1% (by weight).

Уменьшение толщины вводимых в кристаллизатор ленточных макрохолодильников или модификаторов менее 0,4 мм приводит к нестабильности подачи ленты в расплав, а увеличение толщины лент выше 2,8 мм вызывает опасность вмораживания лент в непрерывнолитую заготовку, что связано со скоростью растворения материала ленты в расплаве стали. При вмораживании полное расплавление вводимых стальных элементов не достигается, что отрицательно сказывается на химической однородности непрерывнолитой заготовки и снижает ее качество.A decrease in the thickness of the tape macrochillers or modifiers introduced into the crystallizer is less than 0.4 mm leads to instability of the feed of the tape into the melt, and an increase in the thickness of the tapes above 2.8 mm causes a danger of freezing of the tapes into the continuously cast billet, which is associated with the dissolution rate of the tape material in the steel melt. When freezing, the complete melting of the introduced steel elements is not achieved, which negatively affects the chemical uniformity of the continuously cast billet and reduces its quality.

Если суммарное количество вводимых в кристаллизатор макрохолодильников (Мх) и модификаторов (Мм) составляет менее 0,0004 Мс, где Mc - масса стали, поступающей в кристаллизатор, то эффективность использования макрохолодильников и модификаторов становится низкой, что не обеспечивает формирование дисперсной структуры непрерывнолитой заготовки. Если суммарное количество (Мх+Мм)>0,009 Мс, то возникает опасность вмораживания лент в непрерывнолитую заготовку, что связано с переохлаждением расплава разливаемой стали. Если количество вводимых в кристаллизатор модификаторов Мм<0,003 Мх, то в расплаве не обеспечивается необходимая концентрация дополнительных центров кристаллизации и дисперсная литая структура не достигается. Если количество модификаторов Мм превышает 0,7 Мх, возникает опасность изменения химического состава разливаемых сталей выше пределов, регламентируемых ГОСТ; возникает опасность появления зон с повышенной химической неоднородностью заготовки, а также понижается эффективность использования макрохолодильников, что приводит к росту затрат, т.к. стоимость модификаторов превышает стоимость макрохолодильников.If the total number of macro-refrigerators (Mx) and modifiers (Mm) introduced into the mold is less than 0.0004 Ms, where Mc is the mass of steel entering the mold, then the efficiency of using macro-refrigerators and modifiers becomes low, which does not ensure the formation of a dispersed structure of continuously cast billets. If the total amount (Mx + Mm)> 0.009 Ms, then there is a danger of freezing of the tapes in the continuously cast billet, which is associated with supercooling of the molten steel being cast. If the number of modifiers introduced into the crystallizer is Mm <0.003 Mx, then the necessary concentration of additional crystallization centers is not provided in the melt and the dispersed cast structure is not achieved. If the number of modifiers Mm exceeds 0.7 Mx, there is a danger of a change in the chemical composition of the cast steel above the limits regulated by GOST; there is a danger of the appearance of zones with increased chemical inhomogeneity of the workpiece, and the efficiency of using macro-refrigerators is reduced, which leads to an increase in costs, because the cost of modifiers exceeds the cost of macro-refrigerators.

Для макрохолодильников, вводимых в кристаллизатор, используют стали с температурами ликвидус на 5÷35°С ниже, чем температура ликвидус разливаемой стали. В случае использования макрохолодильников с температурой плавления менее чем на 5°С ниже, чем температура плавления разливаемой стали, возрастает опасность вмораживания подаваемой ленты в непрерывнолитую заготовку, что связано с изменением химического состава стали от плавки к плавке (в пределах марочного состава). Использование макрохолодильников с температурой плавления более чем на 35°С ниже температуры плавления разливаемой стали может привести к нежелательному изменению химического состава стали, а также к неоднородному распределению химических элементов, что снизит качество непрерывнолитой заготовки.For macro-refrigerators introduced into the mold, steel with liquidus temperatures is 5 ÷ 35 ° C lower than the liquidus temperature of the cast steel. In the case of using macro-refrigerators with a melting temperature less than 5 ° C lower than the melting temperature of cast steel, the risk of freezing of the feed tape into a continuously cast billet increases, which is associated with a change in the chemical composition of steel from smelting to smelting (within the grade range). The use of macro-refrigerators with a melting point more than 35 ° C below the melting temperature of cast steel can lead to an undesirable change in the chemical composition of the steel, as well as to an inhomogeneous distribution of chemical elements, which will reduce the quality of the continuously cast billet.

Если содержание марганца и кремния в ленточных материалах, вводимых в кристаллизатор, более чем в 7 раз превышает их содержание в разливаемой стали, возникает опасность изменения химического состава разливаемой стали или появления химической неоднородности заготовки.If the content of manganese and silicon in the tape materials introduced into the mold exceeds 7 times their content in the cast steel, there is a risk of a change in the chemical composition of the cast steel or the appearance of a chemical inhomogeneity of the workpiece.

Если содержание бора в материале лент превышает 0,45% по массе, чрезмерно возрастают технологические трудности при изготовлении лент, а уменьшение содержания бора ниже 0,07% приводит к недостаточному повышению его содержания в разливаемой стали и к неэффективности его использования за счет того, что не будет реализована дисперсная литая структура заготовки. Низкое содержание бора (менее 1%) в порошковых материалах, герметизированных в трубчатые оболочки, также приводит к недостаточному повышению его содержания в разливаемой стали, а при содержании бора выше 15% осложняются процессы спекания порошковых смесей, реализуемые на практике.If the boron content in the material of the tapes exceeds 0.45% by weight, technological difficulties in the manufacture of tapes increase excessively, and a decrease in the boron content below 0.07% leads to an insufficient increase in its content in the cast steel and to the ineffectiveness of its use due to the fact that a dispersed cast billet structure will not be realized. The low boron content (less than 1%) in powder materials encapsulated in tubular shells also leads to an insufficient increase in its content in cast steel, and when boron content is above 15%, the sintering of powder mixtures, which are put into practice, are complicated.

Существенным моментом является то, что в качестве материала трубчатых оболочек для герметизации порошковых модификаторов предпочтительно использовать не обычную углеродистую сталь, подверженную окислению, а сталь нержавеющую, что служит той же цели - снижение количества неметаллических включений. Однако основной причиной, по которой предпочтение отдается углеродистой нержавеющей стали, является ее более низкая температура ликвидус. Если в качестве оболочки выбрать низкоуглеродистую сталь либо оболочку из разливаемой высокоуглеродистой стали, то, как отмечалось, она может вмораживаться в кристаллизующийся расплав при высоких скоростях подачи модифицирующего материала.An important point is that as the material of the tubular shells for sealing powder modifiers, it is preferable to use not ordinary carbon steel that is oxidized, but stainless steel, which serves the same purpose - reducing the number of non-metallic inclusions. However, the main reason why carbon stainless steel is preferred is its lower liquidus temperature. If a low-carbon steel or a shell of cast high-carbon steel is chosen as a shell, then, as noted, it can be frozen into crystallizing melt at high feed rates of the modifying material.

Изобретение иллюстрируется графиками и фотографиями, где на Фиг.1 представлено распределение углерода по толщине в поперечном сечении непрерывнолитой заготовки размером 300×360 мм для сравнительной заготовки и для опытной заготовки, полученной в соответствии с методом, изложенным в Примере 1. На Фиг.2 представлена макроструктура поперечного темплета непрерывнолитой заготовки сечением 300×360 мм, полученной по сравнительной технологии. На Фиг.3 представлена макроструктура поперечного темплета непрерывнолитой заготовки сечением 300×360 мм, полученной в соответствии с методом, изложенным в Примере 2. На Фиг.4 представлена макроструктура поперечного темплета рельса, полученного по сравнительной технологии. На Фиг.5 представлена макроструктура поперечного темплета рельса, полученного в соответствии с методом, изложенным в Примере 2. На Фиг.6 представлено распределение углерода по толщине в поперечном сечении непрерывнолитой заготовки 300×360 мм для сравнительной заготовки и для опытной заготовки, полученной в соответствии с методом, изложенным в Примере 2. На Фиг.7 представлено распределение углерода по толщине в поперечном сечении непрерывнолитой заготовки 300×360 мм для сравнительной заготовки и для опытной заготовки, полученной в соответствии с методом, изложенным в Примере 3.The invention is illustrated by graphs and photographs, in which Fig. 1 shows the thickness distribution of carbon in cross section of a continuously cast billet with a size of 300 × 360 mm for a comparative billet and for a pilot billet obtained in accordance with the method described in Example 1. Fig. 2 presents macrostructure of a transverse template of a continuously cast billet with a section of 300 × 360 mm obtained by comparative technology. Figure 3 shows the macrostructure of the transverse template of a continuously cast billet with a section of 300 × 360 mm obtained in accordance with the method described in Example 2. Figure 4 shows the macrostructure of the transverse rail template obtained by comparative technology. Figure 5 presents the macrostructure of the transverse rail template, obtained in accordance with the method described in Example 2. Figure 6 shows the carbon distribution in thickness in the cross section of a continuously cast billet 300 × 360 mm for a comparative billet and for the experimental billet obtained in accordance with with the method described in Example 2. FIG. 7 shows the thickness distribution of carbon in cross section of a continuously cast billet of 300 × 360 mm for a comparative billet and for a pilot billet obtained in accordance with with the method described in Example 3.

Примеры практической реализации заявляемого способаExamples of practical implementation of the proposed method

Пример 1. В конвертерном цехе Нижнетагильского металлургического комбината выплавляли рельсовую сталь марки К76Ф химического состава: С - 0,75 мас.%, Mn - 0,9 мас.%, Si - 0,36 мас.%, Р - 0,01%, S - 0,011%, Cr - 0,02%, Ni - 0,05%, остальное - Fe и примеси. Температура ликвидус выплавляемой стали: Тл≅1465°С. При выплавке рельсовой стали в поступающий в кристаллизатор расплав (имевший температуру Т=1485±1,5°С) одновременно вводились лента-макрохолодильник из стали с повышенным содержанием кремния (1,63 мас.%) и герметизированная в трубки из нержавеющей стали боросодержащая модифицирующая порошковая смесь. Разливка производилась в кристаллизатор сечением 300×360 мм. Скорость разливки равнялась 0,46 м/мин, что соответствовало массе разливаемой стали Мс=390 кг за 1 минуту. Лента-макрохолодильник сечением 2,8×60 мм2 имела химический состав: С - 0,44%, Mn - 2,0%; Si - 1,63%; Ni - 3,06%; Cu - 0,09%; Cr - 0,1%; остальное - Fe и примеси. Материал макрохолодильника имел повышенное (по сравнению с разливаемой сталью) более чем в 2 раза содержание марганца и почти в 5 раз более высокое содержание кремния. Температура ликвидус материала ленты составляла Тл≅1457°С. Скорость введения ленты-макрохолодильника в кристаллизатор составляла ν=2,44 м/мин, что соответствовало массе макрохолодильников, введенных в кристаллизатор, Мх=3,2 кг за 1 минуту, при этом соотношение Мх и Мс составляло Мх=0,0082 Мс.Example 1. In the converter shop of the Nizhny Tagil Metallurgical Combine smelted rail steel grade K76F chemical composition: C - 0.75 wt.%, Mn - 0.9 wt.%, Si - 0.36 wt.%, P - 0.01% , S - 0.011%, Cr - 0.02%, Ni - 0.05%, the rest - Fe and impurities. Melted steel liquidus temperature: Tlемой1465 ° С. When melting rail steel, a macro-refrigerator made of steel with a high silicon content (1.63 wt.%) And a boron-containing modifier sealed in stainless steel tubes were simultaneously introduced into the melt entering the crystallizer (having a temperature T = 1485 ± 1.5 ° C) powder mixture. Casting was carried out in a mold with a cross section of 300 × 360 mm. The casting speed was 0.46 m / min, which corresponded to the mass of the cast steel Ms = 390 kg per 1 minute. A macro-refrigerator tape with a cross section of 2.8 × 60 mm 2 had the chemical composition: C — 0.44%, Mn — 2.0%; Si - 1.63%; Ni - 3.06%; Cu - 0.09%; Cr - 0.1%; the rest is Fe and impurities. The material of the macro-refrigerator had an increased (compared to cast steel) more than 2 times the manganese content and almost 5 times higher silicon content. The liquidus temperature of the tape material was T≅1457 ° С. The rate of introduction of the macro-refrigerator ribbon into the crystallizer was ν = 2.44 m / min, which corresponded to the mass of macro-refrigerators introduced into the crystallizer, Mx = 3.2 kg per 1 minute, while the ratio of Mx and Ms was Mx = 0.0082 Ms.

Скорость введения трубки с модифицирующей порошковой смесью составляла 0,13 м/мин. Состав боросодержащей модифицирующей порошковой смеси: FeB - 46 мас.%, Fe2B - 33%, FeSi - 3% и 18% карбонильного никеля. Порошковая смесь была герметизирована в трубчатую оболочку из стали 12Х18Н10, которая имеет более низкую температуру ликвидус, чем температура ликвидус разливаемой стали. Нержавеющая трубка имела внутренний диаметр Ф=18,5 мм и толщину стенок δ=0,3 мм. Средняя плотность набивки составляла 8,6 грамм порошковой смеси на 1 погонный сантиметр трубки (в 1 см длины трубки содержалось 0,86 г бора). Общий вес одного сантиметра модификатора (включая трубчатую оболочку) составлял 10,2 грамма. Для обеспечения равномерного поступления модификаторов в кристаллизатор порошковая смесь после засыпки в трубки спекалась в вакуумной печи при непрерывной откачке форвакуумным насосом.The rate of introduction of the tube with the modifying powder mixture was 0.13 m / min. The composition of the boron-containing modifying powder mixture: FeB - 46 wt.%, Fe 2 B - 33%, FeSi - 3% and 18% carbonyl nickel. The powder mixture was sealed in a tubular shell made of 12X18H10 steel, which has a lower liquidus temperature than the liquidus temperature of the cast steel. The stainless tube had an inner diameter of f = 18.5 mm and a wall thickness of δ = 0.3 mm. The average packing density was 8.6 grams of powder mixture per 1 linear centimeter of the tube (0.86 g of boron was contained in 1 cm of the tube length). The total weight of one centimeter of the modifier (including the tubular casing) was 10.2 grams. To ensure a uniform flow of modifiers into the crystallizer, the powder mixture was sintered in a vacuum furnace after being filled into the tubes during continuous pumping by a foreline pump.

При скорости введения трубчатого модификатора в кристаллизатор ν=0,13 м/мин общая масса вводимого модификатора составляла Мм=132,5 грамма в 1 минуту, что соответствовало Мм=0,00033 Мс. Общее количество введенных в кристаллизатор материалов составляло (Мм+Мх)=0,00853 Мс, при этом количественное соотношение введенных в кристаллизатор макрохолодильников и модификаторов составило Мм=0,04Мх.At a rate of introducing a tubular modifier into the mold ν = 0.13 m / min, the total mass of the introduced modifier was Mm = 132.5 grams per minute, which corresponded to Mm = 0.00033 Ms. The total number of materials introduced into the mold was (Mm + Mx) = 0.00853 Ms, while the quantitative ratio of macrochillers and modifiers introduced into the mold was Mm = 0.04 Mx.

После разливки от непрерывнолитых заготовок отрезались поперечные темплеты, на которых было проведено исследование степени ликвационной неоднородности. Рассчитывался коэффициент ликвации, определяемый как отношение содержания элемента в осевой зоне к содержанию элемента в металле (вычислялось как среднее содержание по сечению темплета на базе N=24 или N=44 измерений). Было установлено, что коэффициент ликвации марганца и фосфора в непрерывнолитых заготовках, полученных по вышеописанной технологии, составляет Кл=0,98 и Кл=0,92 соответственно. Согласно описанию изобретения SU 1813114 достигнутые величины коэффициентов ликвации составили Кл=1,11-1,17 по марганцу и Кл=1,47-1,52 по фосфору. Идеальным считается распределение химических элементов с Кл=1,0. Поэтому достигнутые в вышеописанном эксперименте величины Кл являются предпочтительными по сравнению с величинами Кл, описанными в прототипе настоящего изобретения.After casting, transverse templates were cut off from continuously cast billets, on which the degree of segregation heterogeneity was studied. The segregation coefficient was calculated, defined as the ratio of the content of the element in the axial zone to the content of the element in the metal (calculated as the average content over the cross section of the template based on N = 24 or N = 44 measurements). It was found that the segregation coefficient of manganese and phosphorus in continuously cast billets obtained by the above technology is CL = 0.98 and CL = 0.92, respectively. According to the description of the invention SU 1813114, the achieved values of the segregation coefficients were Cl = 1.11-1.17 for manganese and Cl = 1.47-1.52 for phosphorus. Ideal is the distribution of chemical elements with CL = 1.0. Therefore, the CL values achieved in the above experiment are preferred over the CL values described in the prototype of the present invention.

Поскольку в описании изобретения SU 1813114 не приведены данные по структуре получаемых непрерывнолитых заготовок, сравнительный анализ дисперсности структуры (а также химической неоднородности) проводился на темплетах непрерывнолитых заготовок, полученных как по принятой на ОАО НТМК технологии, так и по предлагаемому способу. Согласно принятой на ОАО НТМК технологии в кристаллизатор МНЛЗ ни макрохолодильники, ни модификаторы не вводились. Сравнительный анализ показал, что опытные заготовки отличаются измельчением дендритной структуры. Центральная пористость примерно одинакова в обоих случаях - 2,0 балла. Степень ликвационной неоднородности в опытных заготовках была ниже, чем в сравнительных заготовках, что иллюстрируется Фиг.1, где приведено распределение углерода по сечению поперечного темплета непрерывнолитой заготовки.Since the description of the invention SU 1813114 does not provide data on the structure of continuously cast billets obtained, a comparative analysis of the dispersion of the structure (as well as chemical heterogeneity) was carried out on the templates of continuously cast billets obtained both by the technology adopted by NTMK and the proposed method. According to the technology adopted by NTMK, neither macro-refrigerators nor modifiers were introduced into the CCM mold. A comparative analysis showed that the experimental blanks are distinguished by grinding dendritic structure. The central porosity is approximately the same in both cases - 2.0 points. The degree of segregation heterogeneity in the pilot blanks was lower than in the comparative blanks, as illustrated in FIG. 1, which shows the carbon distribution over the cross section of the transverse template of the continuously cast blank.

Механические свойства рельсов, изготовленных из опытной заготовки, полученной по вышеописанному способу, были выше, чем механические свойства рельсов, полученных по сравнительной технологии. При примерно одинаковых показателях σB=1030-1040 Н/мм2, пластические характеристики опытных образцов увеличены: относительное удлинение δ=13% (в сравнительных образцах δ=11%); возросла и ударная вязкость: aK=16-18 Дж/см2 (против aK=14-15 Дж/см2 в сравнительных образцах рельсов).The mechanical properties of rails made from an experimental billet obtained by the above method were higher than the mechanical properties of rails obtained by comparative technology. With approximately the same values of σ B = 1030-1040 N / mm 2 , the plastic characteristics of the experimental samples are increased: elongation δ = 13% (in comparative samples δ = 11%); the impact strength also increased: a K = 16-18 J / cm 2 (versus a K = 14-15 J / cm 2 in comparative rail samples).

Пример 2. В конвертерном цехе Нижнетагильского металлургического комбината выплавляли рельсовую сталь марки К76Ф химического состава: С - 0,76 мас.%, Mn - 0,9 мас.%, Si - 0,36 мас.%, Р - 0,01%, S - 0,011%, Cr - 0,02%, Ni - 0,05%, остальное - Fe и примеси. Температура ликвидус выплавляемой стали: Тл≅1464°С. Разливка производилась в кристаллизатор сечением 300×360 мм. Скорость разливки равнялась 0,44 м/мин, что соответствовало массе разливаемой стали Мс≈370 кг за 1 минуту. В процессе выплавки в кристаллизатор МНЛЗ одновременно вводили макрохолодильник из железо-никелевого сплава (36% Ni, остальное Fe) в виде ленты толщиной 2,2 мм (шириной 80 мм) и герметизированную в трубчатую оболочку из нержавеющей стали толщиной 0,3 мм модифицирующую боросодержащую смесь состава: FeB - 46 мас.%, Fe2B - 33%, FeSi - 3% и 18% карбонильного никеля. Плотность набивки порошковой смеси составляла 8,6 г/см, что соответствует 0,86 грамм бора в 1 см трубки. Общий вес одного сантиметра модификатора (включая трубчатую оболочку) составлял 10,2 грамма. Для обеспечения равномерного поступления модификаторов в кристаллизатор порошковая смесь после засыпки в трубки спекалась в вакуумной печи при непрерывной откачке форвакуумным насосом. Температура ликвидус макрохолодильника составляла Тл≅1455°С, а модификатора ~1420°С. И макрохолодильник, и модификатор вводились в кристаллизатор с одинаковой скоростью ν=0,13 м/мин, что соответствовало массе вводимого макрохолодильника Мх=0,179 кг за 1 минуту и массе вводимого модификатора Мм=0,132 кг за 1 минуту. При этом количество вводимого в кристаллизатор макрохолодильника Мх удовлетворяет соотношению Мх=0,00048 Мс, где Мс представляет собой массу поступающей в кристаллизатор стали. Количество вводимого в кристаллизатор модификатора Мм удовлетворяет соотношению Мм=0,00035 Мс. Масса модификатора Мм и масса макрохолодильника Мх были связаны соотношением Мм≈0,7 Мх, а их суммарное количество (Мм+Мх) равнялось 0,00083 от Мс.Example 2. In the converter shop of the Nizhny Tagil Metallurgical Combine smelted rail steel grade K76F chemical composition: C - 0.76 wt.%, Mn - 0.9 wt.%, Si - 0.36 wt.%, P - 0.01% , S - 0.011%, Cr - 0.02%, Ni - 0.05%, the rest - Fe and impurities. Melted steel liquidus temperature: Tlемой1464 ° С. Casting was carried out in a mold with a cross section of 300 × 360 mm. The casting speed was 0.44 m / min, which corresponded to the mass of the cast steel Ms≈370 kg per 1 minute. During the smelting process, a macrocooler made of an iron-nickel alloy (36% Ni, the rest Fe) in the form of a tape 2.2 mm thick (80 mm wide) and sealed in a 0.3 mm thick stainless steel tubular shell modifying boron-containing was simultaneously introduced into the caster of the continuous casting machine. composition mixture: FeB - 46 wt.%, Fe 2 B - 33%, FeSi - 3% and 18% carbonyl nickel. The density of the packing of the powder mixture was 8.6 g / cm, which corresponds to 0.86 grams of boron in 1 cm of the tube. The total weight of one centimeter of the modifier (including the tubular casing) was 10.2 grams. To ensure a uniform flow of modifiers into the crystallizer, the powder mixture was sintered in a vacuum furnace after being filled into the tubes during continuous pumping by a foreline pump. The liquidus temperature of the macrochiller was T≅1455 ° С, and that of the modifier was ~ 1420 ° С. Both the macro-refrigerator and the modifier were introduced into the mold with the same speed ν = 0.13 m / min, which corresponded to the mass of the introduced macro-refrigerator Mx = 0.179 kg per 1 minute and the mass of the introduced modifier Mm = 0.132 kg per 1 minute. In this case, the amount of MX refrigerant introduced into the crystallizer satisfies the relation MX = 0.00048 MS, where MS is the mass of steel entering the mold. The amount of modifier Mm introduced into the mold satisfies the relation Mm = 0.00035 Ms. The mass of the modifier Mm and the mass of the macro refrigerator Mx were related by the ratio Mm ≈ 0.7 Mx, and their total number (Mm + Mx) was 0.00083 of Ms.

Введение макрохолодильника и модифицирующей смеси привело к значительному повышению однородности распределения химических элементов по сечению блюма. Было установлено, что коэффициент ликвации марганца и фосфора в непрерывнолитых заготовках, полученных по вышеописанной технологии, составляет Кл=1,02 и Кл=1,11 соответственно. Согласно описанию изобретения SU 1813114 достигнутые величины коэффициентов ликвации составили Кл=1,11-1,117 по марганцу и Кл=1,47-1,52 по фосфору. Таким образом, достигнутые в вышеописанном эксперименте величины Кл являются предпочтительными по сравнению с величинами Кл, описанными в прототипе настоящего изобретения.The introduction of a macro-refrigerator and a modifying mixture led to a significant increase in the uniformity of the distribution of chemical elements over the bloom section. It was found that the segregation coefficient of manganese and phosphorus in continuously cast billets obtained by the above technology is CL = 1.02 and CL = 1.11, respectively. According to the description of the invention SU 1813114, the achieved values of the segregation coefficients were Cl = 1.11-1.117 for manganese and Cl = 1.47-1.52 for phosphorus. Thus, the CL values achieved in the above experiment are preferred over the CL values described in the prototype of the present invention.

Макроструктуры непрерывнолитых заготовок сечением 300×360 мм (сравнительной и опытной) приведены на Фиг.2 и 3. На сравнительной заготовке (Фиг.2) четко видны дефекты макроструктуры (осевая ликвация и рыхлость), сконцентрированные в осевой зоне. В результате ввода макрохолодильника и трубчатого модификатора было достигнуто улучшение макроструктуры (в частности, рассредоточение осевой ликвации), что видно на Фиг.3.The macrostructures of continuously cast billets with a cross section of 300 × 360 mm (comparative and experimental) are shown in FIGS. 2 and 3. On the comparative blank (FIG. 2), macrostructure defects (axial segregation and friability) concentrated in the axial zone are clearly visible. As a result of the introduction of a macro-refrigerator and a tubular modifier, an improvement in the macrostructure (in particular, dispersal of axial segregation) was achieved, as can be seen in Figure 3.

Из вышеуказанных непрерывнолитых заготовок были получены железнодорожные рельсы (Фиг.4-5). Отчетливо видно, что в рельсах, полученных из опытных заготовок (Фиг.5), увеличена дисперсность структуры, снижена степень сосредоточенной осевой ликвации в шейке рельса (отмечено стрелкой).From the above continuously cast billets were obtained railway rails (Fig.4-5). It is clearly seen that in the rails obtained from the experimental blanks (Figure 5), the dispersion of the structure is increased, the degree of concentrated axial segregation in the neck of the rail is reduced (marked by an arrow).

Установлено также, что центральная пористость опытной непрерывнолитой заготовки соответствовала 1 баллу, осевая ликвация 2 баллу, что не только сравнимо с указанными характеристиками, полученными при выплавке стали по принятой технологии, но по центральной пористости превосходит их. Степень ликвационной неоднородности в опытных заготовках была ниже, чем в сравнительных заготовках, что иллюстрируется Фиг.6, где приведено распределение углерода по сечению поперечного темплета непрерывнолитых заготовок. Снижение степени ликвационной неоднородности в опытных заготовках наблюдалось и по другим элементам. Среднее содержание бора в опытных заготовках составило 0,005%.It was also established that the central porosity of the pilot cast billet corresponded to 1 point, axial segregation to 2 points, which is not only comparable with the indicated characteristics obtained in steelmaking according to the accepted technology, but surpasses them in central porosity. The degree of segregation heterogeneity in the pilot blanks was lower than in the comparative blanks, as illustrated in FIG. 6, which shows the distribution of carbon over the cross section of the transverse template of continuously cast blanks. A decrease in the degree of segregation heterogeneity in the experimental blanks was observed for other elements. The average boron content in the test pieces was 0.005%.

Пример 3. В конвертерном цехе Нижнетагильского металлургического комбината выплавляли рельсовую сталь марки К76Ф химического состава: С - 0,79 мас.%, Mn - 0,9 мас.%, Si - 0,36 мас.%, Р - 0,01%, S - 0,011%, Cr - 0,02%, Ni - 0,05%, остальное - Fe и примеси. Температура ликвидус выплавляемой стали: Тл≅1462°С. Разливка производилась в кристаллизатор сечением 300×360 мм. Скорость разливки равнялась 0,46 м/мин, что соответствовало массе разливаемой стали Мс≈390 кг за 1 минуту. В ходе разливки температура расплава принудительно снижалась в кристаллизаторе МНЛЗ за счет одновременного введения ленты-макрохолодильника сечением 1,5×80 мм2 и ленты-модификатора сечением 3,0×20 мм2. Химический состав ленты-модификатора: С - 0,65%, Mn - 0,75%, Si - 0,38%, Cu - 0,015%, Ni - 0,045%, S - 0,013%, P - 0,034%, B - 0,4%, остальное - Fe и примеси. Температура ликвидус материала ленты-модификатора составляла Тл=1443°С, что примерно на 30°С ниже, чем температура ликвидус разливаемой стали. Химический состав ленты-макрохолодильника: С - 0,55 мас.%, Mn - 0,78%, Si - 0,51%, В - 0,4%, остальное - Fe и примеси. Температура ликвидус материала ленты-макрохолодильника составляла Тл=1449°С, что примерно на 20°С ниже, чем температура ликвидус разливаемой стали. Скорость введения ленты-макрохолодильника и ленты-модификатора была одинаковой. Поэтому лента-модификатор, имевшая увеличенную толщину, значительно глубже проникала в расплав и способствовала модифицированию глубинных слоев расплава. Скорость ввода обеих лент равнялась 2,35 м/мин, что соответствовало количеству вводимой ленты-макрохолодильника Мх=2,2 кг за 1 минуту и количеству вводимой ленты-модификатора Мм=1,1 кг за 1 минуту. Суммарное количество вводимых в кристаллизатор материалов (Мх+Мм)=3,3 кг за 1 минуту, что составляло (Мх+Мм)=0,085 Мс. При этом количественное соотношение между массой модификатора Мм и массой макрохолодильника Мх соответствовало Мм=0,5 Мх.Example 3. In the converter shop of the Nizhny Tagil Metallurgical Combine smelted rail steel grade K76F chemical composition: C - 0.79 wt.%, Mn - 0.9 wt.%, Si - 0.36 wt.%, P - 0.01% , S - 0.011%, Cr - 0.02%, Ni - 0.05%, the rest - Fe and impurities. Melted steel liquidus temperature: Tlла1462 ° С. Casting was carried out in a mold with a cross section of 300 × 360 mm. The casting speed was 0.46 m / min, which corresponded to the mass of the cast steel Ms≈390 kg per 1 minute. During casting, the melt temperature was forcibly reduced in the continuous casting mold due to the simultaneous introduction of a macro-refrigerator tape with a cross section of 1.5 × 80 mm 2 and a modifier tape with a cross section of 3.0 × 20 mm 2 . The chemical composition of the modifier tape: C - 0.65%, Mn - 0.75%, Si - 0.38%, Cu - 0.015%, Ni - 0.045%, S - 0.013%, P - 0.034%, B - 0 , 4%, the rest is Fe and impurities. The liquidus temperature of the material of the modifier tape was T = 1443 ° C, which is approximately 30 ° C lower than the liquidus temperature of the cast steel. The chemical composition of the macro-refrigerator tape: C - 0.55 wt.%, Mn - 0.78%, Si - 0.51%, B - 0.4%, the rest - Fe and impurities. The liquidus temperature of the material of the macro-refrigerator tape was T = 1449 ° C, which is approximately 20 ° C lower than the liquidus temperature of the cast steel. The rate of insertion of the macro-refrigerator tape and the modifier tape was the same. Therefore, the modifier tape, which had an increased thickness, penetrated much deeper into the melt and contributed to the modification of the deep layers of the melt. The input speed of both tapes was 2.35 m / min, which corresponded to the number of input tape-macrochiller Mx = 2.2 kg per 1 minute and the number of input tape-modifier Mm = 1.1 kg per 1 minute. The total amount of materials introduced into the mold (Mx + Mm) = 3.3 kg per 1 minute, which was (Mx + Mm) = 0.085 Ms. In this case, the quantitative ratio between the mass of the modifier Mm and the mass of the macro-refrigerator Mx corresponded to Mm = 0.5 Mx.

После разливки от опытных непрерывнолитых заготовок отрезались поперечные темплеты, на которых было проведено исследование степени ликвационной неоднородности. Было установлено, что коэффициент ликвации марганца и фосфора в непрерывнолитых заготовках, полученных по вышеописанному способу, составляет Кл=1,06 и Кл=1,37 соответственно. Согласно описанию изобретения SU 1813114 достигнутые величины коэффициентов ликвации составили Кл=1,11-1,17 по марганцу и Кл=1,47-1,52 по фосфору. Таким образом, достигнутые в вышеописанном эксперименте величины Кл являются предпочтительными по сравнению с величинами Кл, описанными в прототипе настоящего изобретения.After casting, transverse templates were cut off from the experimental continuously cast billets, on which the degree of segregation heterogeneity was studied. It was found that the segregation coefficient of manganese and phosphorus in continuously cast billets obtained by the above method is Kl = 1.06 and Kl = 1.37, respectively. According to the description of the invention SU 1813114, the achieved values of the segregation coefficients were Cl = 1.11-1.17 for manganese and Cl = 1.47-1.52 for phosphorus. Thus, the CL values achieved in the above experiment are preferred over the CL values described in the prototype of the present invention.

Исследования показали также, что, несмотря на сравнительно невысокое содержание бора в опытных заготовках (до 0,0018%), в осевой зоне опытных непрерывнолитых заготовок, полученных по вышеописанной технологии, наблюдается повышенная дисперсность структурных составляющих, макроструктура заготовки стала более однородной. Степень ликвационной неоднородности в опытных заготовках была ниже, чем в сравнительных заготовках, что иллюстрируется Фиг.7, где приведено распределение углерода по сечению поперечного темплета непрерывнолитых заготовок.Studies have also shown that, despite the relatively low boron content in the experimental billets (up to 0.0018%), in the axial zone of the experimental continuously cast billets obtained by the above technology, an increased dispersion of structural components is observed, the macrostructure of the billet has become more uniform. The degree of segregation heterogeneity in the pilot blanks was lower than in the comparative blanks, as illustrated in Fig. 7, which shows the carbon distribution over the cross-section of the transverse template of continuously cast blanks.

Claims (9)

1. Способ получения непрерывнолитой заготовки, включающий выплавку стали, рафинирование, модифицирование, разливку в кристаллизатор и введение в него макрохолодильников, отличающийся тем, что одновременно с макрохолодильниками (Мх) в виде расплавляемых ленточных стальных элементов толщиной от 0,4 до 2,8 мм в кристаллизатор вводят модификаторы (Мм), причем суммарное количество макрохолодильников и модификаторов составляет (Мм+Мх)=(0,0004÷0,009)Мс при соотношении Мм:Мх≤(0,003-0,7), где Мс - масса стали в кристаллизаторе.1. A method of producing a continuously cast billet, including steel smelting, refining, modification, casting into a crystallizer and the introduction of macro-refrigerators in it, characterized in that at the same time as macro-refrigerators (Mx) in the form of molten tape steel elements from 0.4 to 2.8 mm thick modifiers (Mm) are introduced into the mold, and the total number of macro-refrigerators and modifiers is (Mm + Mx) = (0.0004 ÷ 0.009) Ms with the ratio Mm: Mx ≤ (0.003-0.7), where Ms is the mass of steel in the mold . 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве макрохолодильников используют элементы из стали с температурами ликвидус на 5-35°С ниже, чем температура ликвидус разливаемой стали.2. The method according to claim 1, characterized in that the elements of steel with liquidus temperatures of 5-35 ° C lower than the liquidus temperature of the cast steel are used as macro-refrigerators. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что модификаторы вводят в виде лент и/или пластин толщиной от 0,4 до 2,8 мм.3. The method according to claim 1, characterized in that the modifiers are introduced in the form of tapes and / or plates with a thickness of 0.4 to 2.8 mm. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что модификаторы вводят в виде порошковых смесей в герметичных трубчатых оболочках с толщиной стенок оболочки от 0,15 до 0,8 мм.4. The method according to claim 1, characterized in that the modifiers are introduced in the form of powder mixtures in sealed tubular shells with a wall thickness of the shell from 0.15 to 0.8 mm 5. Способ по п.4, отличающийся тем, что трубчатую оболочку выполняют из нержавеющей стали, температура ликвидус которой не превышает температуру ликвидус разливаемой стали.5. The method according to claim 4, characterized in that the tubular shell is made of stainless steel, the liquidus temperature of which does not exceed the liquidus temperature of the cast steel. 6. Способ по п.1 или 3, отличающийся тем, что макрохолодильники и/или модификаторы содержат марганец и кремний в количестве, превышающем до 7 раз их содержание в разливаемой стали.6. The method according to claim 1 or 3, characterized in that the macro-refrigerators and / or modifiers contain manganese and silicon in an amount exceeding up to 7 times their content in cast steel. 7. Способ по п.1 или 3, отличающийся тем, что в состав макрохолодильников и/или модификаторов вводят бор, при этом в ленточных макрохолодильниках и/или модификаторах его содержание колеблется от 0,07 до 0,45 мас.%.7. The method according to claim 1 or 3, characterized in that boron is introduced into the composition of macro-refrigerators and / or modifiers, while in tape macro-refrigerators and / or modifiers, its content ranges from 0.07 to 0.45 wt.%. 8. Способ по п.4 или 5, отличающийся тем, что в состав модификаторов в виде порошковых смесей в герметичных трубчатых оболочках вводят бор в количестве от 1 до 15 мас.%.8. The method according to claim 4 or 5, characterized in that the composition of the modifiers in the form of powder mixtures in sealed tubular shells introduce boron in an amount of from 1 to 15 wt.%. 9. Способ по п.1, отличающийся тем, что выплавляют высокоуглеродистую сталь с содержанием углерода от 0,65 до 1,1 мас.%. 9. The method according to claim 1, characterized in that smelted high carbon steel with a carbon content of from 0.65 to 1.1 wt.%.
RU2009144362/02A 2009-12-01 2009-12-01 Procedure for production of continuous cast work piece of upgraded quality RU2407606C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009144362/02A RU2407606C1 (en) 2009-12-01 2009-12-01 Procedure for production of continuous cast work piece of upgraded quality

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009144362/02A RU2407606C1 (en) 2009-12-01 2009-12-01 Procedure for production of continuous cast work piece of upgraded quality

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2407606C1 true RU2407606C1 (en) 2010-12-27

Family

ID=44055736

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009144362/02A RU2407606C1 (en) 2009-12-01 2009-12-01 Procedure for production of continuous cast work piece of upgraded quality

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2407606C1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU549961B2 (en) Boron alloying additive for continuously casting boron steel
JP2009274092A (en) Method for manufacturing high-speed cutting cast iron product
US4652299A (en) Process for treating metals and alloys for the purpose of refining them
JPS6346142B2 (en)
RU2407606C1 (en) Procedure for production of continuous cast work piece of upgraded quality
JP6455289B2 (en) Continuous casting method for molten steel
JP6728934B2 (en) Continuous casting method for molten steel
JPS6250054A (en) Continuous casting method for obtaining ingot having high oxygen content
US20100278684A1 (en) Process for manufacturing stainless steel containing fine carbonitrides, and product obtained from this process
CN103769551B (en) The production technology of a kind of aluminium silicon magnesium system Birmasil
JPS6114065A (en) Manufacture of metallic block, casting or section into whichhard metallic particle is buried and device thereof
JP6191781B1 (en) Spheroidal graphite cast iron with excellent gas defect resistance
US4371395A (en) Technique for adding lead to steel
Larrañaga et al. Gray Cast Iron with High Austenite-to-Eutectic Ratio Part II–Increasing the Austenite-to-Eutectic Ratio through Austenite Nucleation
JP6500630B2 (en) Continuous casting method for molten steel and continuous cast slab
JP6728933B2 (en) Continuous casting method for molten steel
JP6488931B2 (en) Continuous casting method for molten steel
JP2626417B2 (en) Graphite spheroidizing alloy in mold and graphite spheroidizing method
RU2136440C1 (en) Method of centrifugal casting of blanks of cast iron cylindrical bushings
CN109694938B (en) Deoxidizing alloying agent and preparation method thereof
US20180243823A1 (en) Method of manufacturing of a casted part or ingot of a metallic alloy attaining a minimal segragation in the casting process
JP5136989B2 (en) Steel continuous casting method
RU2169635C2 (en) Process for manufacturing high quality continuously cast round billet
RU2026404C1 (en) Master alloy for deoxidation and modifying of rail steel
JP2001240934A (en) Method for producing spheroidal graphite cast iron

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20121202