способ модифицирования и раскисления литейной электростали

Формула изобретения

Способ обработки литейной электростали, включающий окончательное раскисление и модифицирование металла силикокальцием, отличающийся тем, что окончательное раскисление осуществляют алюминием, который вводят в струю металла в виде проволоки при его разливке в формы в количестве 0,4-0,6 кг/т стали, затем осуществляют модифицирование металла силикокальцием введением его в виде порошка в указанную струю металла в количестве 0,9-1,1 кг/т стали.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к разработке способов модифицирования и раскисления электростали.

Известен способ раскисления алюминием, включающий введение алюминия в расплав стали в виде ферроалюминия, содержащего 20-40% алюминия, с коэффициентом замены по отношению к чушковому вторичному алюминию 1,2-1,6 и размером кусков 20-80 мм (Пат. № 2275431, МПК С2С 7/06. Опубл. - 2006).

Недостатком указанного способа является то обстоятельство, что в результате раскисления образуются оксиды алюминия, располагающиеся в виде строчечных включений, по границам зерен, что значительно ухудшает качество стали.

Известен способ модифицирования стали и сплавов, включающий введение кальция в ковш в количестве 0,5-0,7% от веса расплава перед выпуском металла (А.с. № 6315441, МПК С2С 7/00. Опубл. - 1977).

Недостатком указанного способа является то обстоятельство, что в результате раскисления образуется недостаточное количество оксидных подложек, необходимых для связывания сульфидной фазы в оксисульфиды, что снижает пластические характеристики изделий.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ модифицирования и раскисления литейной электростали, включающий окончательное раскисление и модифицирование силикокальцием, отличающийся тем, что в ковш при выпуске расплава вводят совместно с силикокальцием алюмомагнийтитановый сплав в количестве 0,8-1,2 кг/т стали при соотношении в смеси кальция, магния и титана, равном 1:(0,16-0,70):(0,5-2,4) (А.с. № 1397500, МПК С21С 7/06. Опубл. - 1988).

Недостатком способа является то, что он нацелен только на удаление в максимальной степени кислорода из расплава и снижение общего количества неметаллических включений, без учета возможности регулирования вида и формообразования последних (в виде оксисульфидов или в виде сульфидной фазы по границам зерен), что снижает пластичность и ударную вязкость. Также в указанном способе окончательное раскисление осуществляют в ковше, что приводит к выгоранию раскисляющих элементов, таким образом, происходит неполное усвоение и наблюдается неравномерное распределение свойств по сечению заготовки.

В основу изобретения поставлена задача повышения технологических свойств электростали путем уменьшения неметаллических включений в стали, а также обеспечения возможности регулирования формообразованием сульфидов в виде оксисульфидов, равномерно распределенных по объему металла, что позволяет уменьшить количество сульфидных включений, располагающихся по границам зерен и тем самым повысить качество металлоизделий из обработанной таким образом стали.

Сущность изобретения состоит в том, что в способе обработки литейной электростали, включающем окончательное раскисление и модифицирование металла силикокальцием, окончательное раскисление осуществляют алюминием, который вводят в струю металла в виде проволоки при его разливке в формы в количестве 0,4-0,6 кг/т стали, затем осуществляют модифицирование металла силикокальцием введением его в виде порошка в указанную струю металла в количестве 0,9-1,1 кг/т стали.

Отличительными от прототипа существенными признаками являются: окончательное раскисление алюминием, который вводят в струю металла при его разливке в формы, затем модифицирование металла силикокальцием; ввод алюминия в виде проволоки в количестве 0,4-0,6 кг/т; ввод силикокальция в виде порошка в количестве 0,9-1,1 кг/т.

Между существенными признаками изобретения и техническим результатом - регулируемое формообразование сульфидов в виде оксисульфидов существует причинно-следственная связь, которая поясняется следующим.

Отличием предлагаемого изобретения является то, что окончательное раскисление осуществляют в струе при разливке металла в формы, что способствует более полному усвоению раскисляющих элементов, а также не приводит к их выгоранию. Таким образом, обеспечивается регулирование формообразованием сульфидов в виде оксисульфидов, равномерно распределенных по объему металла, что позволяет уменьшить количество сульфидных включений, располагающихся по границам зерен и тем самым повысить качество металлоизделий из обработанной таким образом стали.

Оптимальное соотношение силикокальция (0,9-1,1 кг/т), обладающего модифицирующими свойствами, в сочетании с сильным раскислителем алюминием (0,4-0,6 кг/т) обеспечивает комплексное раскисляющее и модифицирующее воздействие на сталь, что позволяет улучшить технологические свойства стали.

В значительной степени, связывая кислород и азот, алюминий обеспечивает хорошее раскисление металла. Применение алюминия для раскисления литейной стали, кроме того, гарантирует получение плотного металла, не содержащего газовых раковин и пористости, что повышает качественные характеристики металлоизделий.

Введение алюминия менее 0,4 кг/т стали не обеспечивает образования достаточного количества оксидных подложек, необходимых для связывания сульфидной фазы в оксисульфиды. Добавка алюминия более 0,6 кг/т приводит к образованию избыточной оксидной фазы, что негативно сказывается на пластических свойствах металла.

Введение силикокальция менее 0,9 кг/т стали не обеспечивает необходимого модифицирующего воздействия, а также достаточно полного связывания серы, ее удаления и формирования неметаллических включений благоприятных по форме и характеру распределения. Добавка силикокальция более 1,1 кг/т приводит к снижению ударной вязкости.

Таким образом, использование данного способа модифицирования и раскисления способствует образованию сульфидной фазы не в чистом виде, а на подложках оксидов в виде более пластичных оксисульфидов, равномерно распределенных по объему металла, что повышает как пластические характеристики, так и ударную вязкость металлоизделий.

Пример 1

После выплавки в индукционной печи (основная футеровка) стали 20Л с химическим составом (мас.%): С=0,13-0,16; Mn=0,86-0,89; Si=0,15-0,18; S=0,025-0,028; Р=0,023-0,026; Al=0,040-0,04 ее выпускают в сталеразливочный ковш соответствующей емкости.

Раскисление осуществляют в струе при разливке металла из ковша в формы посредство U-образного одноручьевого желоба сначала алюминием марки АВ87 в виде проволоки, фракциями диаметром 2-4 мм и длиной 3-5 мм, в количестве 0,4-0,6 кг/т, а затем модифицирование силикокальцием СК-15 в виде порошка, последовательно вводимого в струю, с размером гранул 1,5-2 мм, в количестве 0,9-1,1 кг/т.

Указанная сталь, раскисленная и модифицированная по предлагаемому способу, обеспечивает получение высоких физико-механических свойств, превосходящих уровень серийного применения стали 20Л. Для сравнения сталь 20Л обрабатывают по предлагаемому и известному способам.

Параметры предлагаемого и известного способов модифицирования и раскисления электростали приведены в табл.1. Технологические и механические свойства стали, модифицированной и раскисленной различными способами, приведены в табл.2.

Таблица 1
Способ модифицирования и раскисления стали	Количество раскислителя, кг/т	Химический состав стали, %
Al	SiCa	С	Mn	Si	S	Р
Известный
1	0,7	0,5	0,14	0,87	0,16	0,026	0,024
2	0,8	1,5	0,15	0,88	0,17	0,027	0,024
Предлагаемый
3	0,3	0,8	0,14	0,87	0,17	0,026	0,025
4	0,4	0,9	0,14	0,87	0,17	0,027	0,024
5	0,5	1,0	0,15	0,87	0,16	0,027	0,024
6	0,6	1,1	0,15	0,87	0,16	0,027	0,025
7	0,7	1,2	0,15	0,88	0,17	0,026	0,025

Таблица 2
Способ модифицирования и раскисления стали	Загрязненность сульфидами, ×104	Размер сульфидов, ×106 м	Пластичность, %	Ударная вязкость, МДж/м2
		KCU
Известный
1	10,82	4,56	14,33	43,13	0,152
2	10,31	4,22	15,82	45,37	0,157
Предлагаемый
3	9,62	3,24	18,61	58,68	0,179
4	7,98	2,61	20,34	63,22	0,187
5	7,15	2,11	22,19	69,57	0,194
6	7,83	2,52	21,26	65,19	0,185
7	9,24	3,17	19,48	59,03	0,172

Как следует из табл.1 и 2, обработка расплава предлагаемым способом обеспечивает повышение пластических характеристик: относительное удлинение в 1,41-1,54 раза, относительное сужение в 1,53-1,61 раза; ударная вязкость в 1,20-1,28 раза.

На чертеже представлены фотографии включений стали 20Л, обработанной предлагаемым и известным способом, на которых видно, что оксисульфидные включения в стали, обработанной предлагаемым способом (а) имеют наиболее благоприятную глобулярную форму, что позволяет повысить качественные характеристики металлоизделий. При известном способе раскисления (б) сульфидные включения выделяются по границам зерен и снижают пластические характеристики.