Способ производства стали Советский патент 1982 года по МПК C21C5/52 C21C7/00 

(54) СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА СТАЛИ

1

Изобретение относится к черной мд геишургни, конкретно к производству стали, модифицированной нитридообразугащими элементами.

Известен способ модифицирования стали нитридообразующими элементами, заключающийся в обработке металла во время разливки титаном, цирконием, ураном, церием при температуре на 30-8О С выше температуры начала кристаллизации 1-1.

Недостатком известного способа является нестабильный коэффициент усвоения нитридообразующих элементов во время разливки (от изложницы к изложнице), при этом во время ввода редкоземельных металлов в изложницу или в струю отмечается образование корок, состоящих из .редкоземельных металлов к приводящих к расслоениям в готовом прокате, ухудшению макроструктуры стали в виде овдаиевой пористости.

Известен способ модифицирования стали, включающий предварительное раскислениё алюминием, ввод перед вьшуском металла из печи кальция в количестве О,О5-0,3% от веса садки и в ковш или при разливке циркония в количестве 0,О5О,4% и (или) редкоземельных- металлов в количестве О,02-О,3%, а также ocTiaльной части кальция в количестве О,О2О,2% от веса расплава 2.

Недостатком известного технического решения является нестабильный коэффициент усвоения нитридообразуюших элементов, а при вводе редкоземельных меТЕ1ЛЛОВ в изложницу или в струю отмечается образование корок, состоящих из редкоземельных металлов и приводящих к расслоениям в готовом прокате, ухудшению макроструктуры стали в виде церие- вой пористости, а также низкий коэффициент использования модифицирующего действия редкоземельных металлов, вследствие совместных присадок циркония редкоземельных металлов в расплав, что приводит к повышенному окислению редкоземельных металлов. Йзвестйо, что эффект модифицирования редкоземельными металлами увеличивается при вводе их в металл после сильного предварительного раскисления.

При таком микролегировании (совместном вводе циркония и редкоземельных металлов невозможно ввести необходимые для повышения жаропрочности количества микроэлементов, поскольку менее активные могут выделяться в виде хрупкой эвтектшш на границе зерен, резко снижая ударную вязкость и пластичность. Кроме того, изветное техническое решение не Позволяет иметь высокие и воспроизводимые от плавки к плавке коэффициенты ус- воения, что. является недопустимым условием обеспечения современных требований качества стали.

Наиболее близким к предлагаемому является способ выплавки стали, сущность которого заключается в проплавлении шихты, окислении примесей, доводке по химическому составу, раскислении металла алюминием, совместной присадке циркония и редкоземельных металлов выпуске расплава в ковш, разливке 13,

Недсзстаток известного способа - окисление циркония и редкоземельных металлов во время выпуска металла и нестабильное их усвоение. Кроме того, низкий коэффициент использования модифишфующего действия редкоземельных металлов, вследствие совместных присадок циркония и редкоземельных металлов в расплав, что приводит к повышенному окислению редкоземельных металлов. Известно, что эффект модифишфования редкоземельными металлами увеличивается при вводе их в металл после сильного предварительного раскисления.

Цель изобретения-- повышение кйчест- ва стали за счет увеличения степени и стабильности усвое11ия циркония и редкоземельных металлов, повышение воспроизводимости технологического процесса от плавки к плавке.

Указанная цель достигается последовательностью технологических операций, включающих предварительное раскисление алюминием, введение, бора из борсодержащего вещества, например датолита, во время выпуска металла и его обработки восстановительным шлаком, последовательный ввод сначала циркония, а затем редкоземельных металлов в струе газаносителя под уровень зеркала металла на 0,1-0,8 его глубины с темпом подачи v модификаторов 0,2-1,00 кг/мин.т и одновременной продувкой nnnvi же газом снизу. Для реализации .возможности усиления коэффициента усвоения бора из борсодержащего вещества предусматривается совместный ввод его с алюминием в соотношении борсодержащее вещество к алюминию 1:(0,1-0,5) соответственно и предварительное растворение его в восстановительном шлаке.

В результате присадок борсодержашего вещества, например датолита, во время выпуска плавки из печи и обработки ее восстановительным шлаком, восстановительный бор растворяется в металлическом расплаве и являясь поверхностно-активным элементом упрочняет границы эерен в готовом металле.

Одновременно с этим происходит дополнительное разжижение печного шлака, что Б свою очередь положительно сказывается на процессе рафинирования металла.

Последующая последовательная продувка сначала цирконием, а затем редкоземельными металлами в токе нейтрального газа-носителя позволяет увеличить степень и воспроизводимость их усвоения, за счет образования нейтрального газового затвора над расплавом и принудительного ввода этих элементов вглубь металла. Последовательная обработка бором, цирконием, а затем редкоземельными металлами позволяет исключить появление хрупкой эвтектики на границе зерен, а также повысить эффект модифицирования редкоземельными металлами включений за счет более глубокого предварительного раскисления цирконием. В сталях, где особенно вредной примесью является азот, например в котельных, это позволяет убрать образующиеся нитриды с границ зерен и тем самым повысить ее служебные характеристики.

Дополнительное перемешивание металла нейтральным газом позволяет рассредоточить кинематические вклкнения, как оксиды, так и нитриды равномерно по всему объему, что, в свою очередь, положительно сказывается на качестве готового металла.

Ниже приведены варианты осуществления предлагаемого изобретения, не исключающие других вариантов, в объеме предмета изобретения.

Пример 1. При выплавке жаропрочной стали 12Х1МФ в 1Об г дуговойэлектропечи во время выпуска металла и восстановительного шлака в ковш присаищвают датолит в количестве 2 кг/т. Зат&л KoBiit устанавливают на стенд к на глубине 2,5 м от поверхности зеркала м талла через специальную форму вводят по следовательно сначала циркоймй в количе стве 0,4 кг/т, а затем редкоземельные металлы вколичестве О,25 кг/т в токе органа с темпом подачи легирующих элементов 0,2 кг/мин-т в течение 3 мин. После этого металл разливают в изложницы. П р и м е р 2. При выплавке жаропрочной стали 12Х1МФ в 100 т дуговой электропечи с высоким, содержанием азота, в ванну печи перед выпуском плавки присаживают датолит в количестве 10 кг/т и алюминиевый порошок в количестве 1 кг/т. Затем плавку выпускают и ковш устанавливают на стенд. Далее в металл на глубине 2,5 м от поверхности зеркала через специальную фурму вводят последовательно сначала цирконий в количестве 3 кг/т, а затем редкоземельны металлы в количестве 0,5 кг/т в токе аргона с темпом подачи легирующих элементов 0,7 кг/мин .г. в течение 5 мин. После этого металл разливают в изложницы. П р и м е р 3. При вьгалавке стали 17Г2АФ в 1ОО т дуговой электропечи расплавляют шихту, окисляют примеси до требуемого содержания углерода, затем скачивают окислительный шлак, наводят шлак для проведения восстановительного периода,, доводят расплав до заданного химического состава. Далее во время выпуска металла из печи в ковш с находящимся гам алюминием в количсестве 1кг/т присаживают,датолит в количеств 2кг/т, затем ковш устанавливают на стенд и на глубину I м от поверхности зеркала металла через специальную фурм вводят последовательно сначала цирконий в количестве 6 кг/т, а затем редкоземельные металлы в количестве 1 кг/т в токе азота с темпом подачи легирующих элементов I ,О кг/т . мин в течение 7 мин с одновременной продувкой газообразования азотом через пробкуЦ)урму, установленную в днише ковша. Далее ме.талл разливают. Выбор верхних и нижних количественных пределов ввода датолита, циркония и редкоземельных металлов обусловлен мех Тшзмом влияния поверхностно-активных элементов на свойства металла, заключающиеся в том, что содержание их в стали ограничивается оптимальными йредела ми, т.е. областью, прилегающей к точке экстремума на кривой зависимости повер хностное натяжение - содержание модификаторов; содержанием азота, который не- , обходимо связать и убрать с поверхности зерен. Поэтому при выплавке каждой конкрет ной марки стали предложенные количества этих элементов и соотношения между ними будут разными в пределах заявленного и определены опытом. Нижний предел темпа подачи легирующих элементов 0,2 кг/т, мин необходим для максимального усвоения небольших количеств этих элементов в сталях с низким содержанием азота, а верхний предел I кг/т, мин необходим для обеспечения ввода больших количеств циркония и редкоземельных металлов, особенно при производстве сталей специально легированным азотом. Снижение темпа подачи легирующих элементов не эффективно, требует увели- чения времени продувки, что приводит к дополнительным температурным потерям, а с повышением верхнего предела выше t кг/т.мин образуется пульсирующий поток порошкообразных материалов в транспортном трубопроводе, что приводит к завариванию фурмы. Глубина погружения фурмы обусловлена необходимостью обеспечения высокого и стабильного усвоения легирующих элементов, уменьшения температурных потерь. Так; в случае микролегирования жаропрочной стали глубина погружения необходима и достаточна в пределах 0,4-0,8 глубины металла, ввод фурмы на большую глубину 0,8 резко снижает проникновение газопорошковой струи в металл из-за возрастающего давления, одновременно с этим происходит разрушение футеровки днища ковша и преждевременный ее износ,. При производстве сталей, специально легированных азотом, с целью увеличения скорости растворения азота в металле, необходимо дробление газовой струи на мелкие пузьфи, чего не обеспечит прощгв- к а этим газом только через фурму, по которой подается цирконий и редкоземельные металлы. В этом случае газообразный азот дополнительно подают через пробку.урму, установленную в днище ковша. Подача активных нитридообразующих элементов при производстве данного сортамента с целью их максимального усвоения будет обеспечена уже при вводе на 0,1-0,4 глубины металла. Продувка на глубине менее чем О,1 не эффективна, так как приводит к повышенному угару вводимых элементов шлаковой фазой. 79 Уволиченио расхода алюминия выше О,5 при сопмесПюм вводе его с даголигом приводит к резкому увеличению коли чосгва нежелательных нитридов алюминия. Снижение расхода алюминия менее О, I не обеспечивает достаточную раскис ленное ть ванны, что в конечном итоге приводит к повышенному угару бора. Снижение времени продувки ниже 2 мин не позволяет ввести необходимые легирующие добавки при производстве жаропрочной стали, а увеличение продолжительности ввода реагентов выше Ю мин приводит к большим температурным потерям, Выплавка стали по предлагаемому способу позволяет увеличить ударную вязкость, пластичность, а также длительную прочность котельной стали, например 12Х1МФ на 1-2 кгс/мм, за счет как исключения образования менее термически устойчивых нитридов, например нитридов алюминия, располагающихся,как пра- вило по границам зерен, так и упрочнени твердого раствора в результате послаловательной присадки -модификаторов от менее активного (бор) к более активнсллу (редкоземельные металлы); увеличить степень и воспроизводимость коэффициента усвоения шфкония и редкоземельных металлов на 4О%; исключить образование корок, состоящих из редкоземельных металлов в процессе разливки, устранить цериевую пористость; получить экономический эффект в народном хозяйстве в размере 45 руб/т. Формула изобретения I. Способi производства стали, включающий расплавление шихты, окисление примесей, доводку расплава до заданного 7 химического состава, раскисление алюминием, введение в металл циркония и редкоземельных металлов, вьшуск металла в ковщ, разливку, отличающийс я тем, что, с целью повышения качества готовой стали в металл во время вьшуск а из печи вводят борсодержащее вещество в пересчете на бор 2-10 кг/т и затем последовательно, в токе газоносйтеля, цирконийсодержащее вещество и: редкоземельные металлы в соотношении циркония к редкоземельным металлам (0,2-6) :1 соо твегс гвешю. 2. Способ по п. I, о т л и ч а ю ш и и с я тем, что цирконий и редкоземельные металлы вводят под уровень зеркала металла на О,1-О,8 от номинальной его глубины с темном подачи 0,2-1,0 кг/ /Т.МИН в течение 2-10 мин. 3. Способ по п. 1,0 т л и ч а ющ и и с я тем, что одновременно с вво- ; дом циркония и редкоземельных металлов расплав дополнительно продувают этим же газом через пробку-фурму. 4.Способ по п. I, отличающий с я тем, что борсодержащее вещество вводят совместно с алюминием в соотношении l:(O,l-0,S) соответственно. 5.Способ по п. I, отличающий с я тем, что борсодержащее вещество предварительно растворяют в восстановительном ра|«{нировочном шлаке. 6.Способ по и. I, отличаюий с я тем, что в качестве борсодержащего вещества вводят датолит. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 435291, кл. С 21 С 7/ОО, 1972. 2.Авторское свидетельство СССР NJ 423852, кл. С 21 С 7/ОО, 1974. 3.Авторское свидетельство СССР 458592, кл. С 21 С 7/ОО, 1975.