МОДИФИКАТОР ДЛЯ СТАЛИ Российский патент 2004 года по МПК C22C35/00 

Изобретение относится к области черной металлургии и может быть использовано в сталеплавильном производстве.

Известен модификатор для стали (а. с. СССР №1216235, кл. С 22 С 35/00, опубл. 07.03.1986 г.), содержащий кремний, марганец, алюминий, углерод, бор, молибден, титан и железо при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Кремний 1,0-9,0

Марганец 0,5-2,0

Алюминий 2,0-5,0

Углерод 2,5-4,5

Бор 0,2-0,7

Молибден 0,1-0,4

Титан 3,0-18,0

Железо Остальное

Наличие в известном модификаторе в значимых количествах кремния, углерода, бора и титана ограничивает использование этого модификатора, например, при производстве низкокремнистых марок стали, а также сталей, не содержащих в своем составе бор и титан. Содержание бора в количестве 0,2-0,7 мас.% приводит к ухудшению качества стали, если степень усвоения бора из модификатора превышает 15%, а образующиеся в результате раскисления металла кремнием хрупкие трудно удаляемые силикаты снижают возможность глубокой десульфурации металла и приводят к ухудшению качества стали.

Кроме того, модифицирующее влияние бора и титана эффективно только по отношению к нитридам, а титана в незначительной степени по отношению к оксидам, поэтому загрязненность стали неметаллическими включениями при использовании известного модификатора значительна, что приводит к ухудшению качества стали.

Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения является комплексный модификатор (а. с. СССР №1382868, кл. С 22 С 35/00, опубл. 23.03.1988 г.), содержащий ниобий, цирконий, ванадий, бор, кальций, алюминий, кремний, титан, марганец, редкоземельные металлы, молибден, азот и железо при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Ниобий 7-20

Цирконий 8-15

Ванадий 5-15

Бор 0,1-0,3

Кальций 0,8-10

Алюминий 1-10

Кремний 7-10

Титан 1-5

Марганец 15-25

Редкоземельные металлы 6-12

Молибден 2-20

Азот 0,5-2

Железо Остальное

Признаки ближайшего аналога, совпадающие с существенными признаками заявляемого изобретения: наличие в составе модификатора кальция и алюминия.

Известный комплексный модификатор предназначен для ограниченного сортамента сталей, содержащих в своем составе упрочняющие добавки - ниобий, молибден, ванадий, бор, титан, азот, и не может быть использован для также высокопрочных конструкционных, но низкокремнистых или экономно легированных марок стали, т.е. не содержащих в своем составе, например, ниобий, цирконий, молибден. Наличие в известном комплексном модификаторе кремния в количестве 7-10 мас.% ухудшает условия десульфурации металла из-за образования в его объеме силикатов, а также наличия остаточного кремния. Содержание в комплексном модификаторе активных элементов - кальция и редкоземельных металлов в количестве, вдвое превышающем содержание алюминия, а также кремния, т.е. элементов, имеющих существенно меньшее сродство к кислороду, приводит к нерациональному использованию высокоактивных элементов на раскисление металла с образованием тугоплавких оксидов редкоземельных элементов, удаление которых затруднено ввиду отсутствия в необходимых количествах разжижающей добавки, что приводит к повышению загрязненности металла неметаллическими включениями, снижению модифицирующих свойств активных элементов по отношению к образующимся неметаллическим включениям и ухудшению качества стали. Снижение модифицирующих свойств при использовании известного комплексного модификатора усугубляется также при превышении степени усвоения входящего в состав комплексного модификатора бора более 30%, что приводит к превышению допустимого предела содержания бора в металле и ухудшению качества стали.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования модификатора для стали путем оптимизации его качественного и количественного состава.

Технический результат - обеспечение регламентированного раскисления вначале преимущественно алюминием, а затем высокоактивными элементами, что способствует интенсивной десульфурации и повышению модифицирующих свойств по отношению к сульфидам, нитридам и силикатам, что повышает качество стали.

Технический результат достигается тем, что модификатор для стали, содержащий кальций и алюминий, по изобретению дополнительно содержит магний и барий при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Магний 10-15

Кальций 12-15

Барий 8-10

Алюминий Остальное

причем модификатор выполнен в виде плотных гранул фракцией 1,0-1,5 мм.

В процессе обработки стали предлагаемым модификатором реализуется регламентированное раскисление металла вначале преимущественно алюминием. Этот эффект достигается тем, что количество алюминия в предлагаемом модификаторе в 1,2-2,2 раза превышает содержание высокоактивных по отношению к кислороду элементов - магния, кальция и бария. В результате значительная часть растворенного в металле кислорода связывается алюминием, что способствует повышению модифицирующих свойств высокоактивных элементов, а также значительной десульфурации металла, ввиду его глубокой раскисленности с участием не только алюминия, но и всех компонентов, входящих в состав модификатора. Интенсивное регламентированное раскисление стали вначале преимущественно алюминием сопровождается образованием значительного количества алюминатных оксидных включений различного состава - от корунда до герценита, которые эффективно глобуляризируются кальцием, входящим в состав модификатора с образованием крупных неметаллических включений, легко ассимилируемых шлаком. Наличие в составе предлагаемого модификатора таких высокоактивных по отношению к сере и фосфору элементов, как магний и барий способствует модифицированию неметаллических включений - сульфидов и фосфидов, что также приводит к повышению качества стали.

Выбор граничных пределов содержания компонентов в предложенном модификаторе обусловлен следующим.

Содержание магния в количестве 10-15 мас.% обеспечивает глубокую десульфурацию и модифицирование сульфидных, оксидных, нитридных, фосфидных и силикатных неметаллических включений, а также повышает раскислительную способность модификатора. Содержание магния в модификаторе менее 10 мас.% не обеспечивает интенсивное раскисление металла, его глубокую десульфурацию, снижает модифицирующие свойства и ухудшает качество стали. Повышение содержания магния в модификаторе более 15 мас.% нецелесообразно потому, что, учитывая высокую упругость пара магния при температурах внепечной обработки и при наличии других высокоактивных элементов кальция и бария, может произойти удаление избыточного магния в газовую фазу.

Наличие в составе модификатора кальция в количестве 12-15 мас.% обеспечивает наряду с высокой раскисленностью металла глубокую десульфурацию, модифицирование неметаллических включений, а также глобуляризацию оксидов алюминия. Содержание в составе модификатора кальция менее 12 мас.% снижает его рафинирующее действие, а повышение его содержания выше 15 мас.% приводит к нерациональному расходу этого компонента.

Барий, входящий в состав модификатора в количестве 8-10 мас.%, способствует эффективному модифицированию фосфидных включений, его присутствие в металле заметно снижает вредное влияние фосфора в готовой стали. Снижение содержания бария менее 8 мас.% приводит к снижению его модифицирующей способности, а увеличение содержания бария более 10 мас.% ввиду повышения общего количества высокоактивных элементов по отношению к алюминию приводит к снижению суммарного модифицирующего эффекта из-за нерегламентированного раскисления металла, снижению десульфурации и ухудшению качества стали.

Алюминий входит в состав модификатора как основной раскислитель металла, его наличие повышает модифицирующий эффект высокоактивных элементов, обеспечивает глубокую десульфурацию и способствует повышению качества стали.

Пример.

В литейном цехе выплавляли четыре состава предлагаемого и известного модификаторов. Производство модификатора осуществляли путем сплавления соответствующих компонентов в сталеплавильных агрегатах и последующем распылении расплава на гранулы фракцией 1,0-1,5 мм.

Обработку жидкого металла (сталь марки 14Г2АФ) проводили модификаторами предлагаемого состава и известным комплексным модификатором среднего состава. Модификатор вводили в объем жидкого металла, а после обработки металл разливали, прокатывали, отбирали пробы и исследовали в них уровень загрязненности и механические свойства по стандартным методикам.

Составы используемых модификаторов и показатель степени десульфурации представлены в табл.1 (№№1-3 - предлагаемый, №4 - известный), а результаты оценки загрязненности стали неметаллическими включениями и механические свойства представлены в табл.2.

Из приведенных результатов видно, что при использовании предлагаемого модификатора показатели десульфурации выше, чем у известного. Уровень модифицирующих свойств оценивали по показателям загрязненности стали. Приведенные в табл.2 результаты свидетельствуют о том, что при обработке стали предлагаемым модификатором загрязненность неметаллическими включениями ниже, а показатели механических свойств выше, чем при обработке известным комплексным модификатором.

Изобретение относится к области черной металлургии и может быть использовано в сталеплавильном производстве. Модификатор содержит, мас.%: магний 10-15; кальций 12-15; барий 8-10; алюминий остальное. Модификатор выполнен в виде плотных гранул фракцией 1,0-1,5 мм. Изобретение позволяет обеспечить регламентированное раскисление вначале, преимущественно, алюминием, а затем высокоактивными элементами, что способствует интенсивной десульфурации и повышению модифицирующих свойств по отношению к сульфидам, нитридам и силикатам, что повышает качество стали. 2 табл.

Модификатор для стали, содержащий кальций и алюминий, отличающийся тем, что он дополнительно содержит магний и барий при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Магний 10-15

Кальций 12-15

Барий 8-10

Алюминий Остальное

причем модификатор выполнен в виде плотных гранул фракцией 1,0-1,5 мм.