Сплав “казахстанський” для розкиснення та легування сталі

Сплав для розкиснення та легування сталі, який містить алюміній, кремній, кальцій, вуглець та залізо, який відрізняється тим, що додатково містить у своєму складі барій, ванадій та титан при наступному співвідношенні компонентів, мас. %. кремній 45,0-63,0 алюміній 10,0-25,0 кальцій 1,0-10,0 барій 1,0-10,0 ванадій 0,3-5,0 титан 1,0-10,0 вуглець 0,1-1,0 залізо решта. UA (21) a200813241 (22) 17.11.2008 (24) 26.10.2009 (31) 2008/0409.1 (32) 22.04.2008 (33) KZ (46) 26.10.2009, Бюл.№ 20, 2009 р. (72) НАЗАРБАЄВ НУРСУЛТАН АБІШЄВІЧ, KZ, ШКОЛЬНІК ВЛАДІМІР СЄРГЄЄВІЧ, KZ, ЖАРМЄНОВ АБДУРАСУЛ АЛДАШЄВІЧ, KZ, ТОЛИМБЄКОВ МАНАТ ЖАКСИБЄРГЄНОВІЧ, KZ, БАЙСАНОВ САЙЛАУБАЙ ОМАРОВІЧ, KZ (73) РЕСПУБЛІКАНСЬКЕ ДЕРЖАВНЕ ПІДПРИЄМСТВО НА ПРАВІ ГОСПОДАРСЬКОГО ВЕДЕННЯ "НАЦІОНАЛЬНИЙ ЦЕНТР ПО КОМПЛЕКСНІЙ ПЕРЕРОБЦІ МІНЕРАЛЬНОЇ СИРОВИНИ РЕСПУБЛІКИ КАЗАХСТАН", KZ (56) SU, 1 126 622, A, 30.11.1984 SU, 1 440 946, A1, 30.11.1988 UA, 15 925, U, 17.07.2006 UA, 32 067, U, 15.12.2007 KZ, 3 231, A, 15.03.1996 C2 2 (19) 1 3 Недоліком одержання сплаву (прототипу) є те, що якісні характеристики сталі при обробці таким сплавом недостатньо високі, такий сплав не достатньо розкис є сталь та в результаті виплавлювана сталь має низькі характеристики. Підвищені кількості кисню в сталі обробленою відомим сплавом (прототипом), сягає 0,0036мас.%, сприяє збільшенню залишкових кількостей оксидних включень (до 0,097мас.%) в сталі. Це є наслідком зніженої кількості кальцію, що є елементоммодифікатором, що не дозволяє більш повно видаляти неметалічні включення та знизить їх кількість нижче 0,0082мас.%. Крім того, застосування в складі шихтової суміші коксу та золи спалюваного вугілля негативно впливає на процес плавки у вигляді збільшеної спікливості шихтових матеріалів на поверхні колошника електропечі і призводить до утруднень при відводі технологічних газів. Легкоплавка зола починає інтенсивно оплавлятись та призводить до передчасного шлакоутворення, поганої газопроникності, виносу основних елементів у газову фазу через високотемпературні газові прориви. Питома витрата електроенергії при виплавці сплаву становить 11,0-11,6МВт×г/т. При цьому вміст кальцію не перевищує 3,0мас.%. Сукупність перелічених недоліків сприяє зниженню якісних характеристик виплавлюваної сталі, зокрема ударна в'язкість (-40°С) не перевищує значення 0,88МДж/м2. Технічним результатом, що досягається, є підвищення якості обробленої сталі сплавом, що заявляється за рахунок глибокого розкиснення й модифікування неметалічних включень і одночасного мікролегування стали барієм, титаном і ванадієм. Сутність пропонованого винаходу полягає у наступному: Сплав для розкиснення, легування та модифікування сталі, який містить алюміній, кремній, кальцій, вуглець, та залізо, додатково містить барій, ванадій, та титан при наступному співвідношенні компонентів мас.%; кремній 45,0-63,0 алюміній 10,0-25,0 кальцій 1,0-10,0 барій 1,0-10,0 ванадій 0,3-5,0 титан 1,0-10,0 вуглець 0,1-1,0 залізо решта. Вміст елементів розкислювачів в складі сплаву у зазначених межах дозволяє знизити кількість кисню в об'ємі сталі в 1,4-1,8 разів у порівняні з відомим сплавом (прототипом). Це дозволило підвищити корисне використання ванадію до 88587 4 90мас.%. Засвоєння марганцю з силікомарганцю в сталь підвищилась на 9-12мас.%, досягши значення 98,8мас.%, внаслідок глибокого розкиснення та екранування кисню активним кальцієм, барієм, алюмінієм та кремнієм. Барій та кальцій у зазначених межах, окрім здатності, що розкислює, відіграють роль активних десульфаторів, дефосфаторів та модифікаторів неметалевих включень (НВ), надаючи їм легкоплавкість за рахунок комплексності, помітно зменшує загальну кількість НВ в сталі. Залишкова сірка та оксиди в присутності кальцію, барію та титану модифікуються в дрібні оксисульфіди та комплексні оксиди з рівномірним розподілом в об'ємі сталі без утворення строчечних включень і їх скупчень. Кількість залишкових оксидних НВ знизилося в 1,16-1,35 разів, ніж при обробці сталі сплавом (прототипом). Мікролегування ванадієм та титаном у порівняні з застосуванням відомого сплаву (прототипу) помітно поліпшують механічні властивості обробленої сталі. Так ударна в'язкість при (-40°С) досягла значень 0,92-0,94 МДж/м2. Запропонований сплав підвищує перехід марганцю в сталь при її обробці як марганецьвмістними концентраціями при прямому легуванні, так і з феросплавів. Здобування марганцю підвищилося на 0,3-0,5мас.%, кількість оксидних включень зменшилося на 20мас.%, ударна в'язкість підвищилась на 0,04-0,06МДж/м2, ніж при використані відомого сплаву (прототипу). Сплав виплавляється з високозольних вуглевідходів вугледобування з додаванням довгопламенного вугілля низького ступеня метаморфізму, вапна, баритової руди, ванадійвмістного кварциту, ільменітового концентрату. Використання коксу виключається. Питома витрата електроенергії становить 10,0-10,9МВт×г. У процесі виплавки сплаву, на відмінність від відомого сплаву (прототипу), застосовується високозольна вуглиста порода довгопламенний вугіль. Вуглиста порода з 5065мас.% золи, у якій сума оксидів кремнію та алюмінію складає не менше 90мас.%, містить в достатній кількості природний вуглець для відновлювального процесу, що технологічно та економічно доцільно. Добавки довгопламенного вугілля, що володіє властивістю розпушувача шихти, поліпшують газопроникність верхніх шарів колошника та відвід технологічних газів. Витрати електроенергії при виплавці сплаву, що заявляється нижче на 8,7мас.% у порівнянні з прототипом. Приклад. Склад сплаву, що заявляється виплавляли в стаціонарній ранотермічній електропечі з потужністю трансформатора 0,2МВА. Хімічні та технічні склади використаних шихтових матеріалів наведені у таблицях 2 і 3. 5 У результаті проведених випробувань було встановлено, що найменша питома витрата електроенергії, стабільний хід роботи печі та краща газопроникність колошника відповідає плавкам запропонованого складу сплаву. При цьому виключається карбідоутворення та покращуються технологічні властивості колошника печі, та відповідно, його експлуатація. Оцінку здатності розкиснення та легування сталі, сплавом, що заявляється та (відомим прототипу) сплавом здійснювали у відкритій тигельній індукційній печі ІСТ-0,1 (садка 100кг) при виплавці низьколегованих марок сталі (17ГС, 15ГЮТ). У якості металевої шихти використовували металевий лом зі вмістом 0,03-0,05мас.% вуглецю та до 0,05мас.% марганцю. Після одержання сталевого розплаву та доведення його температури до 1630-1650°С сталь зливали в ківш. Розкиснення сплавом, що заявляється та сплавом (прототипом) проводили в ковші разом з силікомарганцем СМн 17 з розрахунку отримання в сталі до 1,4мас.% марганцю. Ступінь витягу марганцю в сплав визначили по хімічному складу пробсталі. Сталь розливали в зливки, які потім прокатували на листи товщиною 10-12мм. Результати розкиснення та легування наведені в таблиці 4. Сплав, що заявляється використовувався при обробці сталі в дослідних плавках №3-11. Кращі результати по розкисненню, легуванню та модифікації сталі досягнуті в дослідних плавках при обробці сталі сплавами №5-9 (таблиця у 4). У цих плавках досягнуто найбільш максимальне засвоєння марганцю із силікомарганцю в сталь, складова 96,0-98,0мас.%, що на 9-12мас.% вище в порівняні при використанні сплаву-прототипу. Збільшення витягу марганцю пояснюється більш повним розкисненням сталі за рахунок підвищеного вмісту в сплаві, що заявляється, кремнію та алюмінію, а також наявністю кальцію, барію та 88587 6 титану. Вміст кисню в дослідній сталі, обробленій сплавами №5-9 знизився в 1,4-1,8 разів до значень 0,002-0,0026мас.%, ніж в сталі, обробленій сплавом (прототипом) 0,003-0,0036мас.%, відповідно. Для оцінки якості та механічних властивостей отриманої сталі визначали кількість неметалевих включень за ДСТУ 1778-70. Неметалеві включення при розкисненні сплавом, що заявляється були більш дрібними і глобулярної форми з відсутністю строчечних включень глинозему та скупчень оксидів, ніж при використані сплаву (прототипу). Це забезпечувалось завдяки кальцію і барію в складі сплаву, які виявляють окрім десульфуруючої та дефосфоруючої здатності також і модифікуючі властивості аналогічні поверхнево-активним речовинам, що виявляються в коагуляції оксидів у легкоплавкі комплекси, легко видаляються з об'єму сталі. Вміст залишкових оксидних НВ знизився до 0,007-0,0075мас.% у порівняні з розкисненням відомим сплавом (прототипом), при розкиснені яким кількість оксидних включень склала 0,00840,0097мас.%. Мікролегування ванадієм і титаном у сплаві, що заявляється дозволили одночасно збільшити ударну в'язкість, пластичність та твердість дослідної сталі. Ударна в'язкість при (-40°С) підвищилась до 0,92-0,94МДж/м2 проти 0,820,88МДж/м2 , межа плинності (sт) - 490-510МПа, відносне подовження (s5) 35-37мас.%, межа міцності (sв) - 610-629МПа. Отримане співвідношення компонентів у сплаві, що заявляється відповідає оптимуму та дозволяє використовувати його для розкиснення і легування напівспокійних та низьколегованих марок сталі, забезпечуючи рівномірне утворення легкоплавких комплексних НВ, що легко віддаляються з об'єму сталі, а залишкові НВ перетворює у тонкодисперсні та оптимальної глобулярної форми. 7 88587 8 Прийняті межи співвідношення компонентів в то відрізняються від меж, що заявляються, по сплаві є раціональними. Зокрема, зменшення конскладу. центрації кальцію, барію, ванадію і титану нижче Таким чином, запропонований винахід у поріввизначеної межи в сплаві не забезпечує при оброняні з прототипом за рахунок додаткового вмісту в бці сталі бажаного ефекту розкиснення, легування сплаві барію, ванадію і титана дозволяє: та модифікування залишкових НВ. Так обробка - проводити більш глибоке розкиснення сталі, сталі сплавом, отриманим при плавці №3 з змен- значно знизити вміст неметалевих включень, шеним вмістом кремнію, кальцію і барію, незва- модифікувати залишкові неметалеві вклюжаючи на підвищений вміст алюмінію і титану нечення в сприйнятливі комплекси з їхнім рівномірдостатньо розкисиюють сталь, яка містить ним розподілом в об'ємі сталі, підвищену кількість строчечних включень глинозе- підвищити ступінь витягу марганцю в сталь, му і оксидних НВ, а механічні властивості її на рів- підвищити ударну в'язкість сталі, ні сталі обробленої сплавом (прототипом). Крім того, економічна доцільність виплавки У той же час перевищення допустимих меж сталі, полягає в застосуванні дешевих високозоконцентрації цих елементів недоцільно внаслідок льних вуглистих порід, виключення застосування того, що збільшується питома витрата електродорогого коксу. енергії при отриманні сплаву, що заявляється, а Результати проведених дослідних плавок стапозитивні властивості від застосування не набагалі марок 17ГС, 15ГЮТ показали високу ефективність сплаву, що заявляється. Комп’ютерна верстка М. Мацело Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601