способ раскисления, микролигирования и модифицирования рельсовой стали

Формула изобретения

СПОСОБ РАСКИСЛЕНИЯ, МИКРОЛИГИРОВАНИЯ И МОДИФИЦИРОВАНИЯ РЕЛЬСОВОЙ СТАЛИ, включающий ввод в сталеплавильный агрегат сплавов на основе марганца и ферросиликованадия, а в ковш ферросиликокальция, отличающийся тем, что, с целью повышения ударной вязкости рельсов при отрицательных температурах и снижения их износа, ферросиликованадий в количестве 4 6 кг/т стали вводят за 3 6 мин до ввода сплавов на основе марганца, затем вводят азотированный феррованадий в количестве 0,4 0,7 кг/т стали, а в ковш присаживают смесь ферробора и ферросиликокальция в соотношении 1 (32 50) в количестве 2,55 - 4,95 кг/т стали.

Описание изобретения к патенту

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

Известен способ раскисления рельсовой стали [1] по которому сталь раскисляют и микролегируют в ковше силикокальцием и феррованадием.

Недостатком описанного аналога является большая стоимость микролегирования, так как стоимость ванадия в феррованадии высокая. Кроме того, термоупрочненные рельсы, изготовленные с использованием указанного способа, имеют низкую ударную вязкость, особенно при низких температурах. Это связано с исключением из состава раскислителей алюминия, включения которого являются центрами зародышей при затвердевании стали, т.е. измельчают зерно. Карбонитриды ванадия, которых образуется сравнительно немного, не могут полностью заменить включения алюминия. По той же причине рельсы имеют повышенный износ, особенно при эксплуатации в кривых малых радиусов и на крутых спусках.

Известен также способ производства рельсовой стали [2] по которому сталь в ковше раскисляют ферросиликокальцием и ферросиликованадием.

Ферросиликованадий, получаемый непосредственно из ванадиевых шлаков, имеет меньшую стоимость по сравнению с феррованадием, поэтому стоимость микролегирования стали несколько снижается. Однако в ферросиликованадии содержится от 2 до 5% титана (попутный компонент), который имея высокое сродство к азоту образует карбонитриды, в том числе и крупные, отрицательно влияющие на ударную вязкость и эксплуатационную стойкость рельсов.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является выбранный в качестве прототипа способ раскисления, микролегирования и модифицирования рельсовой стали [3] по которому металл в печи раскисляют 60-70% требуемого количества ферросиликомарганецалюминия, через 3-5 мин вводят остальную часть ферросиликомарганецалюминия и ферросиликованадий из расчета ввода 450-550 г ванадия на 1 т стали, через 15-25 мин после начала раскисления плавку выпускают в ковш, присаживая по ходу выпуска ферросиликокальций из расчета ввода 450-650 г кальция или ферросилиций с барием из расчета ввода 400.700 г бария на 1 т стали.

При таком способе ввода ферросиликованадия титан, содержащийся в нем, частично угорает в печи. Несколько повышается ударная вязкость рельсов при положительных температурах. Однако оставшийся в металле титан забирает часть азота, ограничивая образование мелких карбонитридов ванадия, повышающих ударную вязкость рельсов при отрицательных температурах. Глубина закаленного слоя не увеличивается, поэтому износ рельсов в сложных условиях эксплуатации (кривые малых радиусов, крутые спуски) большой. По данным исследований, проведенных УкрНИИметом, ударная вязкость таких рельсов при температуре -60^оС составляет в среднем всего 9,8 Дж/см², работа разрушения 147 КДж, износ 0,187 г.

Целью изобретения является повышение ударной вязкости рельсов при отрицательных температурах и снижение их износа.

Для достижения указанной цели в способе раскисления, микролегирования и модифицирования рельсовой стали, включающем ввод в сталеплавильный агрегат сплавов на основе марганца и ферросиликованадия, а в ковш ферросиликокальция, ферросиликованадий в количестве 4.6 кг/т стали вводят за 3.6 мин до ввода сплавов на основе марганца, затем вводят азотированный феррованадий в количестве 0,4.0,7 кг/т стали, а в ковш присаживают смесь ферробора и ферросиликокальция в соотношении 1:(32-50) в количестве 2,55-4,95 кг/т стали.

Вводя ферросиликованадий в кипящую ванну за 3-6 мин до раскисления его сплавами на основе марганца, выжигают титан, содержащийся в ферросиликованадии, устраняя отрицательное влияние его соединений на качество рельсов. Сравнительно небольшой промежуток времени до ввода сплавов на основе марганца предупреждает угар ванадия. Вводя азотированный феррованадий в расплав с высокой температурой, обеспечивают хорошее усвоение азота, поэтому мелкие карбонитриды ванадия в рельсах будут измельчать зерно, повышать их ударную вязкость. Известно, что бор в небольших количествах улучшает прокаливаемость стали. Поэтому, введя небольшое количество ферробора, увеличивают глубину закаленного слоя в рельсах, тем самым снижая износ их при эксплуатации в сложных участках магистрального пути. Рациональнее ферробор вводить в смеси с фер- росиликокальцием, так как в этом случае кальций, с одной стороны, раскисляет металл, предохраняя бор от угара, с другой, испаряясь (t_кип 1498^оС), предохраняет бор от взаимодействия с кислородом атмосферы.

На основании проведенного анализа, свидетельствующего о несовпадении свойств заявляемого и известного решений, обусловленных признаками, которые отличают от прототипа заявляемое техническое решение, можно сделать вывод о его соответствии критерию "существеннные отличия".

Выбор граничных параметров обусловлен тем, что при вводе ферросиликованадия в количестве меньше 4 или больше 6 кг/т стали не обеспечивается требуемое ГОСТ 24182-80 содержание ванадия в стали (0,3-0,07%). При вводе ферросиликованадия менее чем за 3 мин до присадки сплавов на основе марганца не весь титан, поступающий с ферросиликованадием, успевает выгореть, остается в металле, связывая азот и ухудшая тем самым ударную вязкость рельсов при отрицательных температурах и их эксплуатационную стойкость. При вводе ферросиликованадия более чем за 6 мин до присадки сплавов на основе марганца весь титан выгорит и начнет выгорать ванадий, что удорожает стоимость микролегирования, не исключает выпадов по содержанию ванадия в стали, снижает ударную вязкость рельсов при положительных и отрицательных температурах. При вводе азотированного феррованадия в количестве менее 0,4 кг/т стали с ним вводится недостаточное количество азота, т.е. в металле будет мало карбонитридов ванадия и ударная вязкость рельсов при отрицательных температурах будет низкой. При вводе азотированного феррованадия более 0,7 кг/т стали повышается себестоимость рельсов, не исключается ускоренное старение рельсов. Количество смеси ферробора и силикокальция должно быть не менее 2,55 кг/т стали и соотношение их не менее 1:32, так как в противном случае недостаточно вводится кальция для модифицирования включений и бора для повышения прокаливаемости стали, т. е. будет повышаться износ рельсов и снижаться их эксплуатационная стойкость. При вводе смеси ферробора и ферросиликокальция более 4,95 кг/т стали и при соотношении их больше 1:50 удорожается стоимость модифицирования стали, снижаются пластичные свойства рельсов в связи с повышенным количеством нитридов бора в металле.

По заявляемому способу в процессе выплавки рельсовой стали марки М76В в мартеновской печи емкостью 420 т по достижении содержания углерода 0,71-0,74% и температуры 1565-1580^оС в печь вводят ферросиликованадий в количестве 4-6 кг/т стали, через 3-6 мин сплавы на основе марганца из расчета получения требуемого в стали содержания марганца и азотированный феррованадий в количестве 0,4-0,7 кг/т стали. Через 5-15 мин плавку выпускают в ковш и после наполнения ковша на 15-20% вводят смесь ферробора и ферросиликокальция в количестве 2,55-4,95 кг/т стали при соотношении их в смеси 1:(32-50). После выпуска металл в ковше продувают инертным газом в течении 5-10 мин, разливают в слитки массой 8-10 т, которые прокатывают на рельсы типа Р65, Р75, ОР65, ОР75 и др. Рельсы типа Р65, Р75 калят в масле.

Состав используемых сплавов следующий, FeSIV (ТУ 14-5-177-87) 30-45 Si; 6-9 V; 3-7 Mn; 2-5 Ti, остальное железо и примеси;

FeSi MnAl (ТУ 14-5-155-83) 14-19,9 Si; 67 Mn; 2-5 Al; остальное железо и примеси;

FeMn (ГОСТ 4753-80) не менее 65, Mn, остальное железо и примеси;

FeVN (ТУ 14-5-122-87) 38-42 V; 6-8 Ni; остальное железо и примеси;

FeB (ГОСТ 14848-69) не менее 17 В; остальное железо и примеси;

FeSiCa (ГОСТ 4762-71) 45-50 Si; 15-18 Ca; остальное железо и примеси.

Примеры конкретного осуществления способа приведены в табл.1.

Полученная при использовании заявляемого способа сталь имеет следующий химический состав, мас. 0,71-0,82 C; 0,25-0,45 Si; 0,75-1,05 Mn; 0,03-0,07 V; 0,0003-0,0016 B; 0,006-0,015 N; остальное железо и примеси.

Некоторые показатели качества рельсов, полученных с использованием заявляемого способа, приведены в табл.2.

Как показали данные опытной проверки, лучшие результаты обеспечивают варианты 2-4 заявляемого способа: ударная вязкость рельсов при температуре -40^оС повышается с 13,0 до 32,2-34,6 Дж/см², при температуре -60^оС с 9,8 до 23,4.25,6 Дж/см², износ рельсов снижается с 0,187 до 0,129-0,134 г, копровые пробы при испытании при температуре -60^оС не разрушаются.

Заявляемый способ раскисления, микролегирования и модифицирования рельсовой стали представляет значительный интерес для народного хозяйства, так как позволит существенно улучшить работу железнодорожного транспорта в районах с суровыми климатическими условиями.