СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СТАЛЬНОЙ ПОЛОСЫ Российский патент 2011 года по МПК B22D11/06 

Изобретение относится к способу непрерывного получения стальной полосы посредством по меньшей мере двух литейных валков и, при необходимости, расположенных сбоку боковых пластин, причем при работе между литейными валками и боковыми пластинами может образовываться разливочная ванна, из которой жидкий стальной расплав может подаваться на литейные валки.

Уровень техники в области изобретения

При получении стальной полосы из низкоуглеродистой, частично раскисленной Mn/Si стали с применением известного из уровня техники двухвалкового способа литья образованная стальная полоса имеет множество трещин и поверхностных дефектов, из-за чего качество образованной стальной полосы заметно ухудшается.

Из документов WO 03024644 и US 2005145304 известно о предотвращении или по меньшей мере уменьшении трещин и поверхностных дефектов тем, что по меньшей мере состав стали выбран так, чтобы в расплаве возникали жидкие неметаллические включения, которые при застывании стальной оболочки оставались жидкими и благодаря образованию жидкой пленки на поверхности литейных валков способствовали равномерному тепловому потоку и тем самым равномерному охлаждающему действию.

В промышленном процессе плавки фактическое отношение MnO/SiO₂, имеющееся в раскисленной Mn/Si стали, из рабочих соображений часто существенно ниже, чем рассчитанное теоретически. Температура плавления неметаллических включений в раскисленной Mn/Si стали очень чувствительна к изменениям состава стали и связанным с этим изменениям отношения MnO/SiO₂ в составе. Поэтому при соблюдении указанных в уровне техники металлургических правил для получения жидких неметаллических включений в промышленном процессе плавки нельзя исходить из того, что каждый обрабатываемый разливочный ковш имеет состав, который гарантирует наличие жидких неметаллических включений в процессе литья. Тем самым снова могут возникать трещины и поверхностные дефекты.

Задача изобретения

Задачей настоящего изобретения является устранение этих известных недостатков уровня техники и предложение способа получения, по существу, не имеющей трещин и поверхностных дефектов стальной полосы с однородной поверхностью из низкоуглеродистой, раскисленной Mn/Si стали. В этом способе допуски на температуру плавления неметаллических включений в отношении отклонений от предписанного значения состава стали должны быть достаточными, чтобы в промышленном процессе плавки в каждом обрабатываемом разливочном ковше гарантировалось наличие жидких неметаллических включений в процессе литья.

Подробное описание изобретения

Задача изобретения решена способом по изобретению, согласно которому жидкая сталь с содержанием Mn и Si в определенном соотношении и с определенным содержанием серы обрабатывается в нормальном режиме работы с приложением определенного усилия формования полосы (силы разделения валков - roll separating force, RSF).

Таким образом, изобретение относится к способу получения литой полосы из низкоуглеродистой, раскисленной Mn/Si стали, при этом стальной расплав выходит из разливочной ванны между по меньшей мере двумя движущимися вместе со стальной полосой охлаждаемыми литейными валками и на литейных валках по меньшей мере частично застывает с образованием стальной полосы, характеризующемуся тем, что стальной расплав имеет содержание серы от 20 до 300 ppm и отношение Mn/Si≥3,5, и в нормальном режиме работы усилие формования полосы составляет от 2 до 50 кН/м.

Неожиданно оказалось, что полученная так стальная полоса, по существу, не имеет трещин и поверхностных дефектов и обладает однородной поверхностью.

Под низкоуглеродистой стальной полосой следует понимать стальную полосу из стали, в которой содержание углерода меньше 0,1 вес.%.

Составом стального расплава согласно изобретению обеспечивается низкая температура плавления неметаллических включений. Низкая температура плавления ведет к тому, что неметаллические включения в процессе литья при застывании стальной оболочки находятся на литейных валках в жидком состоянии. Благодаря расширению области составов, в которой жидкие неметаллические включения находятся в многофазной системе, повышается допуск на температуру плавления неметаллических включений в отношении отклонений от предписанного значения состава стали. Эта расширенная область составов гарантирует, что стальная плавка имеет состав, который в процессе литья гарантирует жидкие неметаллические включения даже в том случае, если в промышленном процессе плавки предписанное для определенного состава стали значение не выполняется точно.

В ходе изготовления стали в стальном расплаве возникают неметаллические включения оксидного или сульфидного типа. Основными компонентами неметаллических включений в случае раскисленных Mn/Si расплавов являются MnO и SiO₂.

Соответствующей изобретению установкой содержания серы на значения от 20 до 300 ppm и отношения Mn/Si на значения ≥3,5 достигается то, что неметаллические включения состоят в основном из многофазной системы с основными компонентами MnO-SiO₂-MnS. Если доля MnS в этой многофазной системе составляет менее 37 вес.% MnS, то температура плавления многофазной системы ниже, чем температура плавления многофазной системы из основных компонентов MnO и SiO₂. Трехфазная система MnO-SiO₂-MnS имеет тройную эвтектику при примерно 1130°C.

Моделирование трехфазной системы MnO-SiО₂-MnS на фиг.1 показывает, что область ликвидуса бинарной краевой системы MnO-SiO₂ при температуре эвтектики 1251°C соприкасается с точкой эвтектики и при переходе в трехфазную систему расширяется с увеличением содержания MnS. При более низких температурах область ликвидуса отделяется от краевой системы и существует, только начиная с определенного минимального содержания MnS.

Типичные рабочие значения при одновременно низкой температуре плавления неметаллических включений и с достаточным в промышленных процессах плавки допуском на температуру плавления в отношении колебаний содержания MnS составляют для состава стального расплава по изобретению около 15 вес.% MnS.

Моделирование характера твердения в установке разливки тонкой полосы с помощью испытаний погружением при соответствующих литью полосы условиях по инертному газу, времени контакта и перегреву, при содержании серы в стальном расплаве от 150 до 500 ppm дало среднее содержание MnS в жидких неметаллических включениях от 7 до 40 вес.%. Более высокие содержания серы в раскисленных Mn/Si стальных расплавах ведут к более высоким содержаниям MnS в неметаллических включениях.

Фиг.2 показывает влияние содержания серы в низкоуглеродистом, частично раскисленном Mn/Si стальном расплаве (0,05 вес.% C; 0,7 вес.% Mn; 0,2 вес.% Si) с отношением Mn/Si≥3,5 на склонность к растрескиванию, выраженную через частоту трещин или через ширину интервала плавления стали, на состав неметаллических включений и на температуры плавления (температуры ликвидуса) неметаллических включений. Данные измерений на фиг.2 были получены из упомянутых выше испытаний погружением.

При содержании серы в плавке ниже значения, которое ведет к содержанию MnS в неметаллических включениях, соответствующему тройной эвтектике при примерно 1130°C, температура плавления неметаллических включений снижается с повышением содержания серы.

Выше содержания серы в плавке, которое ведет к содержанию MnS в неметаллических включениях, соответствующему тройной эвтектике при примерно 1130°C, повышаются температуры плавления неметаллических включений, а также резко возрастает частота трещин.

Ширина интервала плавления увеличивается до содержания серы примерно 300 ppm и затем остается почти постоянной.

На фиг.2 показано противоположное поведение усиления склонности к растрескиванию и снижения температуры плавления неметаллических включений. Тем самым из фиг.2 можно вывести рекомендуемое согласно изобретению содержание серы, при котором достигаются достаточно низкие температуры плавления неметаллических включений и одновременно допустимая склонность к растрескиванию при высоких температурах. Наличие серы в стальном расплаве приводит к расширению двухфазной области твердая/жидкая, т.е. интервала плавления стального расплава при одновременном снижении его температуры солидуса, из-за чего область температур возникновения горячего растрескивания расширяется от температуры непроницаемости жидкости LIT и до температуры нулевой пластичности ZDT.

До содержания серы 300 ppm в стальном расплаве ширина двухфазной области возрастает почти линейно до примерно 45°C. Начиная с этого содержания серы, ширина двухфазной области при увеличении содержания серы остается почти постоянной из-за выделений MnS в ходе застывания. Эти выделения MnS откладываются в твердой форме на поверхностях литейных валков и тем самым препятствуют равномерному тепловому потоку или равномерному охлаждающему действию, что благоприятствует образованию поверхностных дефектов и трещин. Повышенное содержание серы в стальной плавке ведет к повышению количества выделений MnS и тем самым к росту поверхностных дефектов и трещин.

Поэтому максимальное содержание серы согласно изобретению ограничено 300 ppm.

При содержании серы в стальной плавке ниже 20 ppm снижение температуры плавления жидких неметаллических включений по сравнению с многофазными системами с основными компонентами MnO и SiO₂ недостаточно велико, чтобы гарантировать наличие жидких неметаллических включений в процессе литья при застывании стальной оболочки на литейных валках.

Кроме того, при содержании серы ниже 20 ppm ширина области составов, в которой жидкие неметаллические включения находятся в многофазной системе, недостаточно велика, чтобы в промышленном процессе плавки гарантировать достаточный допуск на отклонения от предписанных значений состава стали.

Содержание серы предпочтительно составляет по меньшей мере 50 ppm, особенно предпочтительно по меньшей мере 70 ppm. Верхняя граница содержания серы предпочтительно составляет 250 ppm, особенно предпочтительно 200 ppm.

Содержание серы в стальной плавке можно установить на желаемый уровень путем десульфурации или контролированным добавлением серы или соединений серы.

При отношении Mn/Si менее 3,5 в стальном расплаве не образуется никаких многофазных систем из основных компонентов MnO-SiO₂-MnS с достаточно сильным, по сравнению с многофазной системой из основных компонентов MnO и SiO₂, снижением температуры плавления жидких неметаллических включений до значений ниже температуры плавления стали. Поэтому отношение Mn/Si должно согласно изобретению быть больше или равным 3,5.

Усилие формования полосы есть сила, с которой литейные валки в процессе литья прижимаются друг к другу, деленная на ширину стальной полосы. Усилие формования полосы влияет на наличие трещин и поверхностных дефектов в отлитой стальной полосе.

Чем выше усилие формования полосы, тем больше неоднородностей температуры возникает в точке соприкосновения стальных оболочек. Такие неоднородности температуры ведут к неравномерному охлаждению стальной полосы, из-за чего в результате могут образоваться поверхностные трещины. Кроме того, в отлитой стальной полосе из-за высоких усилий формования полосы образуются напряжения, которые также могут привести к трещинам и ухудшению механических свойств.

Приложение низкого усилия формования полосы предотвращает такие проблемы и дополнительно предлагает то преимущество, что механическая нагрузка на литейное оборудование меньше. Правда, выбор таких усилий формования полосы может отрицательно повлиять на стабильность процесса литья, так как при низком усилии формования полосы возникает опасность, что металлические оболочки, застывшие на литейных валках, из-за неоднородностей при застывании будут недостаточно прижаты друг к другу, и стальная полоса треснет под собственным весом, или что стальные оболочки частично или по всей ширине прилипнут к литейным валкам, или что может дойти до разрыва стальной оболочки.

В способе согласно уровню техники величина силы разделения валков в нормальном режиме работы составляет от 5 до 250 кН/м.

Согласно изобретению усилие формования полосы меньше 50 кН/м. Так как согласно изобретению состав стального расплава благодаря обеспечению появления жидких неметаллических включений сводит к минимуму возникновение неоднородностей при застывании стальных оболочек, такое низкое усилие формования полосы может применяться без риска для стабильности процесса литья.

Частота трещин возрастает с увеличением усилия формования полосы. При выборе усилий формования полосы выше 50 кН/м нельзя обеспечить получение однородной поверхности стальной полосы, по существу, свободной от трещин и поверхностных дефектов.

Согласно изобретению нижняя граница усилий формования полосы составляет 2 кН/м. Ниже этого значения не гарантируется достаточная стабильность процесса литья.

Предпочтительно, усилие формования полосы составляет по меньшей мере 5 кН/м. Его верхняя граница лежит предпочтительно при 30 кН/м.

Приведенные значения усилий формования полосы рассчитаны на стационарный нормальный режим работы литейной установки, а не на условия при пуске установки или при эффектах временных чрезвычайных нагрузок.

Согласно следующей предпочтительной форме осуществления способа по изобретению неметаллические включения в стальной плавке имеют массовое содержание Al₂O₃, составляющее менее 45 вес.%. Образующаяся многофазная система с основными компонентами MnO-SiO₂-MnS-Al₂O₃ имеет температуру плавления, лежащую ниже, чем температура плавления многофазной системы с основными компонентами MnO и SiO₂. Кроме того, область составов, в которой имеются жидкие неметаллические включения, в многофазной системе с основными компонентами MnO-SiO₂-MnS-Al₂O₃ шире, чем в многофазной системе с основными компонентами MnO и SiO₂. Содержание Al₂O₃ регулируется выбором сырья для получения стали или при необходимости целенаправленным добавлением Al или соединений Al.

Изобретение относится к металлургии. Стальную полосу получают методом двухвалкового литья из малоуглеродистой, частично раскисленной Mn/Si стали. Содержание серы в стальном расплаве составляет от 20 до 300 ppm, отношение Mn/Si≥3,5, а усилие формования полосы составляет от 2 до 50 кН/м. Обеспечивается получение стальной полосы, по существу, не имеющей трещин и поверхностных дефектов. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ получения литой полосы из низкоуглеродистой, частично раскисленной Mn/Si стали, в котором стальной расплав подают из разливочной ванны между по меньшей мере двумя движущимися вместе со стальной полосой охлаждаемыми литейными валками, при этом сталь на литейных валках по меньшей мере частично отверждается для образования стальной полосы, отличающийся тем, что стальной расплав имеет содержание серы от 20 до 300 млн^-1 и соотношение Mn/Si≥3,5, при этом в нормальном режиме работы усилие формования полосы составляет от 2 до 50 кН/м.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что стальной расплав имеет содержание серы от 50 до 250 млн^-1, предпочтительно от 70 до 200 млн^-1.

3. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что усилие формования полосы составляет от 5 до 30 кН/м.

4. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что стальной расплав содержит неметаллические включения с массовой долей Аl₂О₃ менее 45 вес.%.

5. Способ по п.3, отличающийся тем, что стальной расплав содержит неметаллические включения с массовой долей Аl₂O₃ менее 45 вес.%.