способ получения микролегированной ванадием и азотом полуспокойной стали

Формула изобретения

1. Способ получения микролегированной ванадием и азотом полуспокойной стали, включающий нагрев расплава металла в сталеплавильном агрегате, выпуск расплава в ковш, ввод в расплав по ходу выпуска раскислителей, легирующих, ванадийсодержащей и азотсодержащей добавок, продувку расплава инертным газом, отличающийся тем, что в качестве ванадийсодержащей добавки используют ванадиевый шлак, азотсодержащую добавку начинают вводить в ковш одновременно с введением ванадиевого шлака, а заканчивают с окончанием выпуска металла, при этом расплав металла в сталеплавильном агрегате нагревают до температуры на 5-20^oС выше заданной.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве азотсодержащей добавки используют карбамид.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при производстве микролегированной ванадием и азотом полуспокойной стали в различных сталеплавильных агрегатах, в том числе и в конвертерах.

Известен способ выплавки стали, микролегированной ванадием с использованием ванадиевого конвертерного шлака в качестве ванадийсодержащей добавки (выплавка стали 08 ГСЮФ с применением ванадиевого шлака (Гавриленко Ю.В. Сошпатов В. Г. Тютюков С.А. Катенин Б.Н. Арзамасцев Е.И. Кулешов В.Д. "Черная металлургия" 1988, N 19,с.48). Способ включает продувку чугуна в кислородном конверторе, нагрев металла до температуры 1645-1660^oС, выпуск металла, присадку в ковш во время выпуска ванадиевого конвертерного шлака, алюминия в количестве до 1 кг/т, силикомарганца, ферросилиция, силикокальция, продувку металла аргоном. Способ позволяет получить сталь с содержанием ванадия от 0,02 до 0,08%

Недостатками известного способа являются повышенный расход раскислителя (алюминия), что не позволяет получить полуспокойную сталь, и низкие прочностные свойства стали.

Известен способ производства низколегированных сталей с повышенными механическими свойствами (авт.св. N 1710582, кл. С 21 С 7/00, С 21 С 5/52, опублик. 1992), предусматривающий присадку в жидкий метал раскислителей и азотсодержащих добавок (карбамида) при выпуске металла из сталеплавильного агрегата в процессе наполнения ковша.

Недостатком известно способа является пониженная пластичность (относительное удлинение металла).

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является способ получения микролегированной ванадием полуспокойной стали, включающий нагрев расплава металла в сталеплавильном агрегате, выпуск расплава в ковш, ввод в расплав по ходу выпуска раскислителей, легирующих, ванадийсодержащей и азотсодержащей добавок с одновременной продувкой расплава в ковше инертным газом (авт.св. N 1433988, кл. С 21 С 7/06, опублик. 1988). Способ позволяет получать полуспокойную сталь, микролегированную ванадием при повышенном сквозном использовании ванадия без увеличения расхода раскислителей, и повысить механические свойства стали.

Недостатком способа-прототипа является низкий уровень и нестабильность прочностных свойств.

Желательным техническим результатом является повышение механических свойств металла и уровня их стабильности без снижения пластичности. Это достигается тем, что в известном способе получения микролегированной ванадием полуспокойной стали, предусматривающем нагрев расплава металла перед выпуском в ковш, присадку в расплав металла по ходу его выпуска в ковш раскислителей, легирующих, ванадийсодержащей и азотсодержащей добавок, продувку расплава в ковше инертным газом, по изобретению, в качестве ванадийсодержащей добавки используют ванадиевый шлак, в ковш одновременно с введением ванадиевого шлака начинают ввод азотсодержащей добавки, который заканчивают с окончанием выпуска металла, при этом расплав металла перед выпуском в ковш нагревают до температуры на 5-20^oС выше заданной.

В качестве азотсодержащей добавки по изобретению может использоваться карбамид, а также и другие материалы, содержащие химически связанный азот, например: азотнокислый кальций, соли аммиака и т.п.

Повышение прочностных свойств полуспокойной микролегированной ванадием стали (предела текучести и временного сопротивления разрыву) достигается за счет микролегирования металла азотом. При этом снижения пластических свойств металла (относительное удлинение) по сравнению с прототипом не происходит, так как практически весь азот, поступающий в металл с азотсодержащими добавками, связывается в нитриды с элементами, переходящими в металл из ванадиевого шлака (ванадий, титан, хром).

Повышение стабильности прочностных свойств полуспокойной стали достигается за счет того, что на протяжении всего периода ввода азота в металл происходит его взаимодействие с нитридообразующими элементами, поступающими в металл из ванадиевого шлака. Скорости поступления азота и нитридообразующих элементов в металле при таком способе получения стали обеспечивают стабильное связывание азота в нитриды и повышают стабильность прочностных свойств металла. Ввод азотсодержащих добавок в ковш до присадки ванадиевого шлака, а также окончание его после выпуска металла снижают стабильность прочностных свойств металла.

Окончание ввода азотсодержащих добавок до окончания выпуска металла не позволяет заметно повысить прочностные свойства металла.

Способ был реализован при производстве полуспокойной микролегированной ванадием и азотом стали в 165 т конвертерах.

Пример. Чугун продували кислородом сверху в конвертере, заданная температура перед выпуском составляла 1595-1615^oС. Во время выпуска металл в ковше продували аргоном через пористую вставку в днище ковша и по мере наполнения осуществляли следующие присадки, кг/т:

Ферросилиций ФС45 2,5

Ферромарганец Фmn75 14,5

Алюминий АВ 0,07

После этих присадок в ковш вводили ванадиевый шлак следующего состава, мас. V₂O₅ 11,5; TiO₂ 6,2; SiO₂ 16,8 CaO - 30,8; MgO 4,2; Fe_общ. 21; Cr₂O₃, Al₂O₃ и MnO остальное и начинали ввод карбамида (азота 47%). Количество присаживаемого шлака 8,5-9,5 кг/т стали, а карбамида 0,47 кг/т стали.

Время выпуска и продувки аргоном 5 мин. По описанной технологии было проведено десять плавок (N 1 в таб.). Еще десять плавок (N 2) по способу-прототипу. Пять плавок (N 3) с присадкой карбамида до ввода ванадиевого шлака и по пять плавок (N 4 и N 5), соответственно с окончанием ввода карбамида до и после окончания выпуска металла.

Металл во всех плавках содержал, мас. C 0,16 0,21; Mn 0,98 1,05; Si 0,03 0,05; V 0,03 0,05; P 0,015 0,017; S 0,029 0,031; Ni 0,004 - 0,006; Cr 0,006 0,008; N 0,006 0,0016.

Металл плавок, проведенных по предлагаемому способу (N 1) обладает более высокими прочностными свойствами (_в 549 МПа, _т 435 Мпа), чем металл плавок по способу-прототипу (N2) (_в 529 Мпа, _Т 408 МПа). При этом пластические свойства (относительное удлинение) и в том и в другом случае одинаковы (33% ). Прочностные свойства металла, выплавленного по предлагаемому способу, более стабильны, так как изменяются в меньшем диапазоне (_в 2% от среднего значения, _т 2,3% от среднего значения), чем свойства металла, выплавляемого по способу-прототипу (_в 4,9% _т 4,75%). Начало ввода в ковш карбамида до присадки ванадиевого шлака (N 3 в табл.) привело к снижению пластических свойств металла ( относительное удлинение снизилось на 3 абс.) по сравнению с прототипом и не позволило повысить стабильность прочностных свойств. Окончание ввода карбамида до окончания выпуска металла не позволило заметно изменить механические свойства металла и не позволило достичь уровня стабильности прочностных свойств, характерных для металла, полученного по предлагаемому способу. Металл, полученный на плавках с окончанием ввода карбамида после окончания выпуска металла (N5) характеризуется низкой стабильностью прочностных свойств по сравнению с металлом, полученным по предлагаемому способу.

Использование предлагаемого способа позволит повысить механические свойства металла и уровень их стабильности без снижения пластичности, что позволяет расширить область применения полученной стали в качестве конструкционного материала.