Способ раскисления, модифицирования и микролегирования рельсовой стали Советский патент 1993 года по МПК C21C7/06 

Изобретение относится к черной металлургии и предназначено для использования при выплавке рельсовой стали.

Цель изобретения - повышение качества рельсов за счет более полного модифицирования включений.

Сущность способа заключается в том, что в печь вводят смесь сплавов FeMn. SiMnAI и FeSiV, а в ковш - сплав FeSiCaVAl, содержащий 1-3% А1 в количестве 3,3-3,8 кг/т при соотношении А1:Са 1:(4.6- 19) и соотношении количества алюминия, вводимого в печь и в ковш 1:(0,12-0,58).

Раскисление металла в печи смесью FeMn, SiMnAI и FeSiV обеспечивает хорошее предварительное раскисление металла, образование комплексных легкоплавких включений типа mSi02 nMnO к АЬОз, имеющих сравнительно низкую температуру плавления 1200-1300°С, которые хорошо удаляются при выпуске плавки, при этом уменьшается содержание кислорода в металле. Ввод алюминия в смеси позволяет уменьшить окисление ванадия и повысить степень его усвоения.

Во время выпуска металла в ковш происходит вторичное окисление металла. Для предотвращения вторичного окисления, повышения степени усвоения кальция и повышения его модифицирующих свойств в .сплав вводится алюминий. При этом количество алюминия в сплаве при вводе 1 ковш определяется окисленностью металла, поступающего из печи, определяемой количеством алюминия, введенного в печь во время раскисления.

Выбор граничных параметров обусловлен тем, что при содержании в сплаве кальция 14% и расходе его меньше 3,3 кг/т не происходит создания глобулярных включений, а образуются хрупкие силикатные включения, вытягивающиеся в строчки при прокатке; при содержании в сплаве кальция более 19% и расходе больше 3,8 кг/т эффект модификации остается постоянным, но при этом ухудшается экологическая обстановка.

При соотношении AI:Ca меньше 4:6 и соотношении количества алюминия, вводимого в печь и в ковш, больше 0,58 создаются условия для образования глиноземсодержае

4 00 О

О

щих оксидных включений, а при соотношении А1:Са больше 19 и соотношении алюминия, вводимого в печь и ковш, 1:0,12, не обеспечивается достаточная степень рас- кисления металле, происходит повышен- ный угар ванадия, снижается ударная вязкость... ;

Оптимальное соотношение AI и Са при pacKHcVeMW S ковше и алюминия, введенного в печь и ковш, обеспечивает получение высоких механических свойств, ударной вязкости и чистоты металла по неметаллическим включениям.

Состав применяемых сплавов следующий: ...:

FeMn -более 70% Мп, остальное - же- лезо и примеси; .,...SiMnAI - более 65% Мп, 17-19,9% Si, AI 2-4%, остальное - железо и примеси; FeSiV - 10-20% Si, 10- 20%V, остальное железо и примеси; FeSuCaVA -40-55% Si, 14-19% Са, 1-3% V, 1-3% А, остальное - железо и примеси.

По заявляемому способу по достижении содержания углерода в стали 0,70-0,76% в печь вводили смесь силикомарганец-алюминия, ферромарганца и силикЬванэдйя из расчета получения среднезаданного содержания марганца, при этом выдерживалось соотношение FeMn и SiMnAt такое, чтобы обеспечить соотношение количеств алюминия, вводимых в печь и ковш, 1:(0,12-0,502).

Через 10-15 мин плавку выпускали. После наполнения 20-25% ковша в металл вводили FeSiCaVAl в количестве 3,3-3,8 кг/т при соотношении AI:Ca 1:(4,6-19). . ,

Примеры конкретного осуществления.

Пример 1. Рельсовую сталь М76В выплавляли в 400-тонной мартеновской пе- чи. После достижения 0.73% углерода металл раскисляли смесью. (2% AI)-3,5 т, ферромарганца - 2,3 т и силикованадйя - 0,850т. Через 20 мин плавку выпускали. После наполнения 1/3 высоты ковша в ме- талл вводили 3,2 кг/т FeSiCaVAl (3,2% AI) при соотношении Al:Ca 1:4,4, а отйошение количеств алюминия, вводимых в печь и ковш, 1:1,666. Рельсы, изготовленные из этой стали , - по сравнению с рельсами, изго- товлённ ыми с использованием способа- прототипа, имели более высокое временное сопротивление в нётёрмоупрочненном состоянии 1030 Н/мм или (на 20 Н/мм ) и термоупрочненном3330Н/мм2(на25 Н/мм2), более высокий уровень ударной вязкости 4,6 кгс,м/см2 (или на 1,0 кгс.м/см2). Оксидные включе 1илчв металле представляют гли- н озем, сцементированный с силикатами, длина строчек не.превышает 2 мм.

Пример 2. Рельсовую сталь марки М76В выплавляли в 400-тонной мартеновской печи. После достижения содержания углерода 0,72% металл раскисляли смесью SiMnAI (AI - 2%) - 3,5 т, ферромарганца - 2,3 т и силикованадйя 0,850 т. Через 18 мин плавку выпускали. После наполнения 1/3 высоты ковша в металл вводили 3,3 кг/т FeSiCaVAl (AI 3,0%), при соотношении AI:Ca 1:4,66. а отношение количеств алюминия, вводимых в печь и ковш, 1:0,58.

Рельсы, изготовленные из этой стали, по сравнению с рельсами, изготовленными с использованием способа-прототипа, имели более высокое временное сопротивление в нётёрмоупрочненном, 1035 Н/мм2 (или на 25 Н/мм2) и термоупрочненном 1335 Н/мм2 (на 30 Н/мм2)состоянии, более высокий уровень ударной вязкости - 4,8 кгс.м/см2 (или на 1,2 кгс-м/см2).

Оксидные включения в металле представлены в основном недеформируемыми силикатами, не образующими строчек;

Пример 3. Рельсовую сталь марки М76В выплавляли в 400-тонной мартеновской печи. После достижения 0,73% углерода металл раскисляли смесью ЗШпА (AI - 3%)-3,5т, ферромарганца 2.3 т и силикованадйя -0,85 т. Через 17 мин плавку выпускали. После наполнения 1/3 высоты ковша в металл вводили 3,6 кг/т FeSiCaVAl (AI - 3%) при соотношении AI:Ca 1:8,2, а отношение количеств алюминия, вводимых в печь и ковш. 1:0,288.

Рельсы, изготовленные из этой стали, по сравнению с рельсами, изготовленными с использованием способа-прототипа, имели более высокое временное сопротивление в нетермообработанном состоянии 1040 Н/мм2 (или на 30 Н/мм ) и термоупрочненном - 1345 Н/мм2 (на 40 Н/мм2), более высокий уровень ударной вязкости - 4,9 кгс м/см (или 1,3 кгс-м/см2 выше). Оксидные включения в металле представлены в основном не- деформируемыми силикатами, не образующими строчек.

Пример 4. Рельсовую сталь марки М76В выплавляли в 400-тонной мартеновской печи. После достижения 0,75% углерода металл раскисляли смесью SiMnAI (At - 4%) - 3,5 т, ферромарганца - 2,4 т и силико- ванадия - 0,850 т.

Через 18 мин плавку выпускали. После наполнения 1/3 высоты ковша в металл вводили 3,8 кг/т FeSiCaVAl (At - 4%) при соотношении А1:Са 1: 19, а отношение количеств алюминия, вводимых в печь и ковш, 1:0,12.

Рельсы, изготовленные из этой стали, по сравнению с рельсами, изготовленными

с использованием способа-прототипа, имели более высокое временное сопротивление в нетермоупрочненном состоянии 1035 Н/мм2 (или на 25 Н/мм2/итермоупроч- ненном - 1335 Н/мм2 (на 30 Н/мм2), более высокий уровеньударнойвязкости-4,7 кгс/см2 (или на 1,1 кгс/см2 выше).

Оксидныё включения в металле представлены в основном недеформируемыми силикатами, не образующими строчек.

П р и м е р 5. Рельсовую сталь марки М763 выплавляли в 400-тонной мартеновской печи. После достижения 0.72% углерода металл раскисляли смесью SiMnAI (AI - 4%) - 3,5 т, ферромарганца - 2,4 т и силико- ванадия 0,85 т. Через 20 мин плавку выпускали. После наполнения 1/3 высоты ковша в металл вводили 3,9 кг/т FeSlCaVAl (AI - 4%) при отношении А1:Са 1:21, а отношение количеств алюминия, вводимых в печь и ковш. 1:0,103. Рельсы, изготовленные из этой стали по сравнению с рельсами, изготовленными с использованием способа- прототипа, имели более высокое временное сопротивление в нетермоупрочненном состоянии 1030 Н/мм2 (или на 20 Н/мм2) и термоупрочненном - 1330 Н/мм2 (или на 25 Н/мм2), более высокий уровень ударной вязкости - 4,0 кгс/см2 (или на 0.4 кгс/см2 выше). Оксидныё включения в металле представлены в основном присутствием строчек пластичных силикатов длиной до 6 мм, что связано с повышенной окисленно- стью металла вследствие недостаточного количества алюминия.

Пример б (прототип). Рельсовую сталь выплавляли в 400-тонной мартеновской печи. После достижения содержания углерода 0.74% в металл вводили 8,1 кг/т силикомарганца. Через 15 мин плавку выпускали. После наполнения ковша на 20% в сталь вводили смесь FeV(2 кг/т), FeSlCaVAl (3 кг/т), FeSl (2.0 кг/т), SlMn (5.2 кг/т) при соотношении V:AI 1:0,5 и AI:Ca:SI:Mn

1:2,7:17:18. Рельсы, изготовленные из этой стали, имели временное сопротивление в нетермоупрочненном состоянии 1010 Н/мм2 и термоупрочненном-1305 Н/мм2, 5 ударная вязкость 3,6 кгс/см2. Оксидныё включения в металле представлены строчечными включениями глинозема до 3 мм и строчками силикатов до 10 мм.

Как показывает приведенные выше дан0 ные, лучшие результаты получены при использовании вариантов 2-4 заявляемого способа: временное сопротивление рельсов в нетермоупрочненном состоянии повышается на 25-30 Н/мм2, в термоупрочненном 5 на 3Q-40 Н/мм , уровень ударной вязкости выше на 1,1-1,3 кгс/см2.

Оксидныё включения представлены отдельными недеформируемыми силикатами, строчки глинозема отсутствуют.

0 Согласно данным приведенных расчетов, изобретение в сравнении с прототипом обладает следующими преимуществами: повышается временное сопротивление рельсов в нетермоупрочненном состоянии

5 на 25-30 Н/мм и термоупрочненном - 30- 40 Н/мм2; повышается уровень ударной вязкости на 1,1-1,3 кгс/см2; отсутствуют строчечные включения глинозема, включения представлены отдельными недеформи0 рованными силикатами.

Формула изобретения Способ расселения, модифицирования и микролегирования рельсовой стали,

5 включающий ввод сплавов в печь и ковш, отличающийся тем, что. с целью повышения качества рельсов За счет более полного модифицирования включений, в печь вводят смесь сплавов FeMn, SIMnAI,

0 FeSfV, а в ковш - сплав FeSlCaVAl, содержа.- щий 14-19% Са в количестве 3,3-3,8 кг/т при соотношении А1:Са, равном 1:(4.б-19), и соотношении количества алюминия, вводимого в печь и ковш, как 1:(0,12-0,58).

Изобретение может быть использовано в области металлургии при выплавке рельсовой стали. Сущность: в печь вводят смесь сплавов FeMn, Si MnAI, FeSi, а в ковш - сплав Fe Si CaVAl,-содержащий 14-19% Ca в количестве 3,3-3,8 кг/т при соотношении AI:Ca 1:(4,6-19) и соотношении количества алюминия, вводимого в печь и ковш, 1:(0,12- 0,58).