RU2537677C1

RU2537677C1 - Complex alloy for microalloying and deoxidation of iron based steel

Info

Publication number: RU2537677C1
Application number: RU2013150390/02A
Authority: RU
Inventors: Никита Андреевич Андреев; Владимир Иванович Жучков; Олег Вадимович Заякин
Priority date: 2013-11-12
Filing date: 2013-11-12
Publication date: 2015-01-10

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: complex alloy contains, wt %: boron 0.5-2.0, chrome 20-35, silicon 35-55, iron and impurities - the rest.

EFFECT: invention allows to obtain complex boron-containing alloy with high and stable degree of boron perceiving for treatment of wide range of steel brands.

2 tbl

Description

Изобретение относится к области металлургии, в частности к ферросплавному производству, и может быть использовано в сталеплавильном производстве для микролегирования и раскисления металлического железоуглеродистого расплава бором.The invention relates to the field of metallurgy, in particular to ferroalloy production, and can be used in steelmaking for microalloying and deoxidation of metallic iron-carbon melt with boron.

Бор применяется для микролегирования стали, предназначенной для труб, строительных конструкций, коррозионно- и жаростойких деталей. Уникальность бора состоит в том, что его добавки в сталь составляют всего 0,001-0,003%, что в сотни раз меньше, чем других микролегирующих элементов. Добавки бора повышают пластичность, прочность, прокаливаемость стали. Доказано, что под влиянием бора образуется тонконеоднородная дислокационная субструктура с меньшими размерами мартенситных кристаллов и более дисперсными и равномерно распределенными карбидными включениями. Низкая степень применения бора для микролегирования стали во многом связана с элементным составом вводимых ферросплавов, не обеспечивающим высокое и стабильное усвоение бора, повышенные механические характеристики обрабатываемой стали.Boron is used for microalloying steel intended for pipes, building structures, corrosion and heat-resistant parts. The uniqueness of boron is that its additives in steel make up only 0.001-0.003%, which is hundreds of times less than other microalloying elements. Boron additives increase ductility, strength, and hardenability of steel. It is proved that under the influence of boron a finely inhomogeneous dislocation substructure is formed with smaller sizes of martensitic crystals and more dispersed and uniformly distributed carbide inclusions. The low degree of use of boron for microalloying steel is largely due to the elemental composition of the introduced ferroalloys, which does not provide high and stable absorption of boron, and the increased mechanical characteristics of the treated steel.

Известен ряд борсодержащих ферросплавов, содержащих кроме бора железо, кремний, алюминий, хром, марганец, кальций и другие элементы в разных пропорциях.A number of boron-containing ferroalloys are known which contain, in addition to boron, iron, silicon, aluminum, chromium, manganese, calcium and other elements in different proportions.

В настоящее время для микролегирования и модифицирования стали в основном применяется ферробор, содержащий мас.%: 6-20 бора; 2-10 кремния; 3-10 алюминия; железо и примеси - остальное (ГОСТ 14848-69). Недостатком этого сплава является высокое содержание в нем бора и связанное с этим малое количество присаживаемого ферробора в сталь (0,15-0,3 кг сплава на 1 т стали), что приводит к низкому и нестабильному усвоению бора в стали вследствие отсутствия активных элементов и значительному браку продукции.Currently, for microalloying and modifying steel, ferroboron is mainly used, containing wt.%: 6-20 boron; 2-10 silicon; 3-10 aluminum; iron and impurities - the rest (GOST 14848-69). The disadvantage of this alloy is the high boron content in it and the associated small amount of ferroboron seated in steel (0.15-0.3 kg of alloy per 1 ton of steel), which leads to low and unstable absorption of boron in steel due to the absence of active elements and significant defective products.

Известен комплексный борсодержащий сплав, содержащий, мас.%: 17-19 бора; до 3,0 кремния; 35-43 хрома, 5,0-6,0 алюминия (Лякишев Н.П., Плинер Ю.Л. «Борсодержащие стали и сплавы». М.: Металлургия, 1986, с.52). Этот сплав имеет высокое содержание бора, а введение его в расплав в небольших количествах не обеспечивает равномерного распределения по всему объему и стабильности усвоения.Known complex boron-containing alloy containing, wt.%: 17-19 boron; up to 3.0 silicon; 35-43 chromium, 5.0-6.0 aluminum (Lyakishev NP, Pliner Yu.L. “Boron-containing steels and alloys”. M: Metallurgy, 1986, p.52). This alloy has a high boron content, and its introduction into the melt in small quantities does not ensure uniform distribution throughout the volume and stability of assimilation.

Наиболее приемлемым для микролегирования бором является принятый за прототип комплексный сплав, содержащий, мас.%: 3-6 бора; 3-8 кремния; 0,3-2,5 титана; 2,5 алюминия; 55-70 хрома; 1-6 марганца; 3-6 углерода; остальное - железо (Лякишев Н.П., Плинер Ю.Л. «Борсодержащие стали и сплавы». М.: Металлургия, 1986, с.52). Недостатками этого сплава являются высокое содержание бора, что препятствует равномерному распределению по всему объему, а низкое содержание кремния не обеспечивает высокую степень усвоения. Кроме того, для его получения необходимо использование дорогостоящего импортного сырья.The most suitable for microalloying boron is taken as a prototype complex alloy containing, wt.%: 3-6 boron; 3-8 silicon; 0.3-2.5 titanium; 2.5 aluminum; 55-70 chrome; 1-6 manganese; 3-6 carbon; the rest is iron (Lyakishev NP, Pliner Yu.L. “Boron-containing steels and alloys”. M: Metallurgy, 1986, p. 52). The disadvantages of this alloy are the high boron content, which prevents a uniform distribution throughout the volume, and the low silicon content does not provide a high degree of assimilation. In addition, to obtain it, it is necessary to use expensive imported raw materials.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является получение комплексного борсодержащего сплава, обеспечивающего высокую и стабильную степень усвоения бора сталью, и пригодного для обработки широкого сортамента марок сталей.The technical result of the invention is to obtain a complex boron-containing alloy, providing a high and stable degree of assimilation of boron by steel, and suitable for processing a wide range of steel grades.

Указанный технический результат достигается тем, что комплексный сплав для микролегирования и раскисления стали на основе железа, содержащий бор, хром и кремний, согласно изобретению содержит указанные компоненты при следующем соотношении, мас.%: бор 0,5-2,0; хром 20-35; кремний 35-55; железо и примеси - остальное.The specified technical result is achieved in that the complex alloy for microalloying and deoxidation of iron-based steel containing boron, chromium and silicon, according to the invention contains these components in the following ratio, wt.%: Boron 0.5-2.0; chrome 20-35; silicon 35-55; iron and impurities - the rest.

Содержание бора в сплаве в количестве 0,5-2,0 мас.% связано с тем, что для высокого и стабильного усвоения элементов ферросплава его количество, вводимое в жидкую сталь, должно находиться, как установлено экспериментально, в пределах от 3 кг/т стали до 10 кг/т. При содержании в ферросплаве бора 0,5 мас.% для получения его в стали 0,003 мас.% с учетом усвоения необходимо ввести в расплав стали около 10,5 кг ферросплава на 1 т стали, а при содержании 2 мас.% бора в ферросплаве - 3,1 кг/т стали.The content of boron in the alloy in an amount of 0.5-2.0 wt.% Due to the fact that for a high and stable assimilation of the elements of the ferroalloy its amount introduced into liquid steel should be, as established experimentally, in the range of 3 kg / t steel up to 10 kg / t. When the boron content in the ferroalloy is 0.5 wt.%, To obtain it in steel, 0.003 wt.%, Taking into account assimilation, it is necessary to introduce about 10.5 kg of ferroalloy into the molten steel per 1 ton of steel, and when it contains 2 wt.% Boron in the ferroalloy, 3.1 kg / t of steel.

Кремний в борсодержащих ферросплавах служит, в основном, для того, чтобы при вводе ферросплава в жидкую сталь раскислять ее, связывая в ней кислород и азот в прочные соединения, предотвращая взаимодействие с ними бора, поскольку бор, связанный в оксиды и нитриды, неэффективен. Содержание кремния в борсодержащем сплаве должно обеспечивать связывание кислорода и азота. Поэтому можно считать, что увеличение содержания кремния в ферросплаве усиливает раскисляющий эффект, а высокая эффективность раскисления достигается при содержании в сплаве более 20-25 мас.% кремния. Содержание в ферросплаве 35-55% кремния связано с тем, что организация производства нового сплава возможна на существующих мощностях по производству ферросиликохрома с минимальным изменением технологии. Содержание кремния свыше 55% приводит к удорожанию сплава.Silicon in boron-containing ferroalloys serves mainly to deoxidize it when ferroalloy is introduced into liquid steel, binding oxygen and nitrogen to it in durable compounds, preventing boron from interacting with them, since boron bound to oxides and nitrides is ineffective. The silicon content in the boron-containing alloy should ensure the binding of oxygen and nitrogen. Therefore, we can assume that an increase in the silicon content in the ferroalloy enhances the deoxidizing effect, and high deoxidation efficiency is achieved when the alloy contains more than 20-25 wt.% Silicon. The content of silicon in the ferroalloy 35-55% due to the fact that the organization of the production of a new alloy is possible at the existing facilities for the production of ferrosilicon with a minimal change in technology. A silicon content of over 55% leads to an increase in the cost of the alloy.

Хром, содержащийся в предлагаемом сплаве, необходим для того, чтобы улучшить служебные характеристики стали, такие как прочность, твердость и коррозионная стойкость. Содержание хрома в борсодержащем комплексном сплаве 20-35 мас.% позволяет использовать предлагаемый сплав при получении конструкционных и инструментальных сталей типа ХВС, ХС. Содержание хрома в данных сталях находится в пределах 0,8-1,5 мас.%. Пониженное содержание хрома в ферросплаве (<20 мас.%) приводит к нестабильному усвоению и снижению количества хрома в стали. Содержание более 35 мас.% Cr в ферросплаве приводит к увеличению его количества в стали выше пределов, разрешенных ГОСТ.The chromium contained in the proposed alloy is necessary in order to improve the service characteristics of steel, such as strength, hardness and corrosion resistance. The chromium content in the boron-containing complex alloy of 20-35 wt.% Allows you to use the proposed alloy in the production of structural and tool steels such as HVS, KhS. The chromium content in these steels is in the range of 0.8-1.5 wt.%. The reduced chromium content in the ferroalloy (<20 wt.%) Leads to unstable assimilation and a decrease in the amount of chromium in steel. The content of more than 35 wt.% Cr in the ferroalloy leads to an increase in its amount in steel above the limits allowed by GOST.

Концентрация железа обусловлена шихтовыми материалами и технологическими условиями выплавки ферросплава. Его концентрация в сплаве не лимитируется.The concentration of iron is due to charge materials and technological conditions for the smelting of ferroalloy. Its concentration in the alloy is not limited.

Примеры конкретного осуществления изобретения Examples of specific embodiments of the invention

Эксперименты по усвоению элементов сплава сталью проводили в лабораторных условиях. Опытные образцы ферросплава получали путем сплавления компонентов (ферросиликохрома, ферробора, и стали). Для этих целей оптимально подходит сплав марки FeSiCr 45 (ГОСТ 11861-91) и ферробор (ГОСТ 14848-69). Легирование стали проводили в печи сопротивления с графитовым тиглем. Химический состав обрабатываемой стали, мас.%: углерод 0,17; кремний 0,1; марганец 0,5; сера 0,01; фосфор 0,02. Обработку вели при температуре 1580°С. Количество вводимых ферросплавов рассчитывалось на получение содержания хрома в металлическом расплаве 1%, что характерно для большего объема конструкционных марок стали (табл.1). Данный сплав можно получать в промышленных условиях на базе существующего оборудования и технологий выплавки силикохрома. В качестве шихтовых материалов можно использовать FeSiCr 45 (ГОСТ 11861-91) и природный борсодержащий материал.Experiments on the assimilation of alloy elements by steel were carried out in laboratory conditions. Experimental ferroalloy samples were prepared by fusing components (ferrosilicochrome, ferroboron, and steel). An alloy of the FeSiCr 45 grade (GOST 11861-91) and ferroboron (GOST 14848-69) are optimally suitable for these purposes. Steel alloying was carried out in a resistance furnace with a graphite crucible. The chemical composition of the treated steel, wt.%: Carbon 0.17; silicon 0.1; manganese 0.5; sulfur 0.01; phosphorus 0.02. Processing was carried out at a temperature of 1580 ° C. The number of introduced ferroalloys was calculated to obtain a chromium content of 1% in the metal melt, which is typical for a larger volume of structural steel grades (Table 1). This alloy can be obtained in an industrial environment on the basis of existing equipment and technologies for the smelting of silicochrome. As the charge materials, you can use FeSiCr 45 (GOST 11861-91) and natural boron-containing material.

Рассчитали количество ферросплава, необходимого для легирования марки стали 15Х. Содержание хрома приняли по верхней границе 1%, а бора в интервале 0,001-0,003%, степень усвоения хрома 0,8 и бора 0,4-0,6.The amount of ferroalloy required for alloying steel grade 15X was calculated. The chromium content was taken at the upper limit of 1%, and boron in the range of 0.001-0.003%, the degree of assimilation of chromium 0.8 and boron 0.4-0.6.

Таблица 1Table 1 Химический состав стали X15The chemical composition of steel X15 ЭлементElement CC SiSi MnMn NiNi SS PP CrCr CuCu СодержаниеContent 0,12-0,180.12-0.18 0,17-0,370.17-0.37 0,4-0,70.4-0.7 До 0,3Up to 0.3 До 0,035Up to 0.035 До 0,035Up to 0.035 0,7-1,00.7-1.0 До 0,3Up to 0.3 * Остальное - железо* The rest is iron

В таблице 2 приведен известный состав (прототип) - 1 и варианты 2-10 нового сплава.Table 2 shows the known composition (prototype) - 1 and options 2-10 of the new alloy.

Установлено, что предлагаемый комплексный сплав для более стабильного и полного усвоения должен обладать рациональной плотностью 5000-7000 кг/м³, при таких значениях сплав вовлекается в гидродинамические потоки и быстрее растворяется в расплаве. Из всех представленных образцов только сплав 3 не обладает рациональной плотностью.It was established that the proposed complex alloy for more stable and complete assimilation should have a rational density of 5000-7000 kg / m ³ , at these values the alloy is involved in hydrodynamic flows and dissolves faster in the melt. Of all the samples presented, only alloy 3 does not have a rational density.

Сплав 2 из-за низкого (30%) по сравнению с другими содержания кремния привел к содержанию бора меньше 0,001% из-за низкого коэффициента его усвоения. Сплав 3 имеет более высокое содержание кремния (60%), чем другие образцы, и содержание бора в стали оказалось выше допустимого значения. Сплав 4 содержит хрома несколько ниже, чем другие образцы (19%), поэтому для легирования стали до 1% хрома требуется больше ферросплава, что приводит к увеличению содержанию бора больше допустимого. Сплав 5 имеет повышенное содержание хрома (40%), поэтому при легировании стали до 1% хрома сплава 5 требуется гораздо меньше чем сплава 4, поэтому содержание бора в стали оказалось меньше необходимого значения (0,001%). Сплав 6 содержит недостаточное количество бора (0,4%), о чем свидетельствует недостаточное содержание бора в стали (менее 0,001%) при вводе в сталь 1% хрома. Сплав 10 содержит бора (2,2%) больше, чем необходимо для микролегирования, его содержание в стали выше допустимого значения (0,003%). При легировании стали образцами 7-9 ее химический состав соответствует ГОСТ, а содержание бора находится в пределах от 0,001 до 0,003%.Alloy 2 due to the low (30%) compared with other silicon content led to a boron content of less than 0.001% due to the low absorption coefficient. Alloy 3 has a higher silicon content (60%) than other samples, and the boron content in the steel was higher than the permissible value. Alloy 4 contains chromium slightly lower than other samples (19%); therefore, alloying steel up to 1% chromium requires more ferroalloy, which leads to an increase in the boron content more than acceptable. Alloy 5 has a high chromium content (40%), so when alloying steel to 1% chromium, alloy 5 requires much less than alloy 4, so the boron content in the steel turned out to be less than the required value (0.001%). Alloy 6 contains an insufficient amount of boron (0.4%), as evidenced by the insufficient boron content in the steel (less than 0.001%) when 1% chromium is introduced into the steel. Alloy 10 contains boron (2.2%) more than is necessary for microalloying; its content in steel is higher than the permissible value (0.003%). When alloying steel samples 7-9, its chemical composition corresponds to GOST, and the boron content is in the range from 0.001 to 0.003%.

Таким образом, удовлетворительные результаты по химическому составу показали образцы 7-9, соответствующие требованиям ГОСТ.Thus, satisfactory results in chemical composition were shown by samples 7–9, which correspond to the requirements of GOST.

Расчет себестоимости сплавов показал, что сравнительные затраты на получение предлагаемого борсодержащего сплава как минимум на 35-40% ниже чем у прототипа.The calculation of the cost of alloys showed that the comparative cost of obtaining the proposed boron-containing alloy is at least 35-40% lower than that of the prototype.

Из приведенных в таблице 2 результатов следует, что предлагаемый сплав отличается от прототипа по воздействию на качество обрабатываемого металла и степени усвоения бора сталью, а также обладает рациональной плотностью. Кроме того, он дешевле других известных борсодержащих ферросплавов.From the results shown in table 2, it follows that the proposed alloy differs from the prototype in terms of its effect on the quality of the metal being processed and the degree of boron absorption by steel, and also has a rational density. In addition, it is cheaper than other known boron-containing ferroalloys.

Таблица 2table 2 Показатели эффективности усвоения и микролегирования стали бором при использовании борсодержащего ферросплаваThe efficiency of assimilation and microalloying of steel with boron when using a boron-containing ferroalloy № п.п.No. p.p. Химический состав ферросплавов*, мас.%The chemical composition of ferroalloys *, wt.% Плотность, кг/м³ Density, kg / m ³ Соответствие составу стали CrCorresponding to the composition of Cr steel Соответствие содержанию бора в сталиCompliance with boron content in steel BB CrCr SiSi AlAl TiTi CC 1 прототип1 prototype 66 7070 66 2,52,5 1,51,5 66 62376237 нетno нет (выше 0,003%)no (above 0.003%) 22 1one 2525 30thirty -- -- 0,50.5 59545954 даYes нет (ниже 0,001%)no (below 0.001%) 33 1one 2525 6060 -- -- 0,50.5 42914291 даYes нет (выше 0,003%)no (above 0.003%) 4four 1one 1919 4545 -- -- 0,50.5 51915191 даYes нет (выше 0,003%)no (above 0.003%) 55 1one 4040 4545 -- -- 0,50.5 50205020 даYes нет (ниже 0,001%)no (below 0.001%) 66 0,40.4 2525 4545 -- -- 0,50.5 51565156 даYes нет (ниже 0,001%)no (below 0.001%) 77 0,50.5 2525 4545 -- -- 0,50.5 51505150 даYes даYes 88 1,51,5 2525 4545 -- -- 0,50.5 50955095 даYes даYes 99 22 2525 4545 -- -- 0,50.5 50675067 даYes даYes 1010 2,22.2 2525 4545 -- -- 0,50.5 50565056 даYes нет (выше 0,003%)no (above 0.003%) * Остальное - железо и примеси.* The rest is iron and impurities.

Claims

Complex alloy for microalloying and deoxidation of iron-based steel containing boron, silicon, chromium, iron and impurities in the following ratio of components, wt.%:
boron 0.5-2.0 chromium 20-35 silicon 35-55 iron and impurities rest