СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА БОРСОДЕРЖАЩЕЙ СТАЛИ
BORON STEEL MAKING METHOD

Изобретение относится к области черной металлургии, а именно к способам производства горячекатаной сортовой полосовой заготовки для горячей штамповки из борсодержащей стали, и может быть использовано на металлургических заводах.
Известен способ производства, включающий выплавку полупродукта в конвертере, раскисление, легирование, ввод нитридообразующих элементов, рафинирование синтетическим шлаком в ковше в процессе выпуска плавки и продувку металла инертным газом; присадку борсодержащих добавок в ковш производят в процессе продувки после снижения содержания закиси железа в шлаке до 0,2-2,0 вес.% (USSR №918314, МПК С21С 7/00, опубл. 07.04.1982).
Недостатками известного способа являются недостаточный выход годного по механическим свойствам (прокаливаемости); присадка борсодержащих добавок при содержании окислов железа в интервале 0,5-2,0% приводит к нестабильному угару борсодержащих добавок и соответственно к неполучению заданного химического состава и как следствие к отсортировке готового проката по прокаливаемости. Также область применения данной технологии сужается при отсутствии данных о режимах прокатки металла, которые не в меньшей степени влияют на получение проката с требуемой степенью прокаливаемости.
Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения является способ производства борсодержащей стали (RU №2382086, МПК С21С 7/00, опубл. 07.04.1982), включающий выплавку стали в сталеплавильном агрегате, ее раскисление, внепечную обработку стали, присадку ферробора и продувку аргоном через донные фурмы во время внепечной обработки стали; внепечную обработку стали производят на установке печь-ковш, затем осуществляют усреднительную продувку стали аргоном и определяют окисленность и температуру металла по приходу на установку печь-ковш, присаживают кальцийсодержащую порошковую проволоку, проводят доводку по содержанию химических элементов и температуре стали в ковше перед отдачей металла на разливку, а присадку ферробора осуществляют, совместно с продувкой стали аргоном с расходом, определяемым в зависимости от расхода кальцийсодержащей порошковой проволоки, окисленности металла по приходу на установку печь-ковш, температуры металла по приходу на установку печь-ковш, температуры металла в ковше перед отдачей его на разливку.
Известный способ не обеспечивает получение требуемого технического результата по следующим причинам.
Сталь, полученная известным способом, имеет недостаточный выход годного по потребительским свойствам, усложняется процесс фрезерования заготовки из полосового проката после горячей штамповки при изготовлении готового изделия у потребителя.
Расход борсодержащего материала в зависимости только от расхода кальцийсодержащей порошковой проволоки и окисленности металла по приходу на внепечную обработку без учета содержания серы приведет к зарастанию каналов разливочных стаканов сульфидами кальция (CaS), увеличению аварийности при разливке на сортовых машинах непрерывного литья заготовки (МНЛЗ) и высокому удельному расходу металлошихты.
Также область применения данной технологии сужается при отсутствии данных о режимах прокатки металла, которые не в меньшей степени влияют на получение проката с требуемой степенью прокаливаемости.
В основу изобретения поставлена задача усовершенствования способа производства стали путем изменения технологии выплавки, внепечной обработки, разливки и прокатки металла на сортовых станах.
Ожидаемый технический результат - получение заданного химического состава стали, обеспечение требуемой величины прокаливаемости, повышение обрабатываемости стали резанием и повышение выхода годного.
Технический результат достигается тем, что в способе производства борсодержащей стали, включающем выплавку стали в сталеплавильном агрегате, ее раскисление, внепечную обработку стали, присадку ферробора и продувку аргоном через донные фурмы во время внепечной обработки стали, получение сортовой заготовки, дальнейший нагрев заготовки, прокатку заготовки на заданный профилеразмер, согласно изобретению выплавку и внепечную обработку ведут из расчета получения в готовом металле углерода в интервала 0,36-0,39%, бора в интервале 0,001-0,003%, алюминия в интервале 0,015-0,045%, при этом после получения сортовой заготовки определяют содержание кремния, марганца, алюминия и титана, прокатывают сортовую заготовку до требуемых размеров, причем режимы прокатки задают исходя из требуемой величины твердости:
Тк.п.=40,7×((Тп-Тн.п.)/(НRС+41,31×Si+44,12×Mn+49,9×(Al+Ti)),
где Тк.п. - температура конца прокатки, °C;
Тп - температура заготовки при выдаче из методической печи, °C;
Тн.п. - температура начала прокатки, °C;
HRC - требуемая величина твердости;
Si, Mn, Al, Ti - содержание кремния, марганца, алюминия, титана в заготовке после разливки металла на сортовой МНЛЗ;
40,7 - коэффициент, учитывающий влияние разности между температурой заготовки при выдаче из методической печи и отношением температуры начала прокатки к температуре конца прокатки на температуру конца прокатки;
41,31 - коэффициент, учитывающий влияние содержания кремния в заготовке после разливки металла на сортовой МНЛЗ на температуру конца прокатки;
44,12 - коэффициент, учитывающий влияние содержания марганца в заготовке после разливки металла на сортовой МНЛЗ на температуру конца прокатки;
49,9 - коэффициент, учитывающий влияние содержания суммы алюминия и титана в заготовке после разливки металла на сортовой МНЛЗ на температуру конца прокатки.
Сущность заявляемого технического решения заключается в обеспечении в готовом металле требуемого химического состава металла и выборе режимов прокатки в зависимости от химического состава с целью получения требуемой прокаливаемости готового проката.
Обеспечение в сортовой заготовке требуемого содержания химических элементов в стали в узких пределах во время внепечной обработки позволяет сформировать в металле неметаллические включения, легко удаляемые в процессе внепечной обработки, а расчет режимов прокатки в зависимости от требуемой величины прокаливаемости, содержания кремния, марганца, алюминия и титана в заготовке после разливки металла на сортовой МНЛЗ, температуры заготовки в методической печи, температуры начала прокатки, температуры конца прокатки позволяет получить требуемую величину прокаливаемости и повысить выход годного по механическим свойствам.
Металл, содержащий одновременно бор и титан, значительно снижает поверхностную энергию зерен аустенита и увеличивает устойчивость переохлажденного аустенита в надмартенситном районе температур, что позволяет получить требуемый уровень прокаливаемости стали.
Данный способ иллюстрируется следующим примером.
Сталь марки 35Г1Р выплавлялась в двухванном сталеплавильном агрегате. Во время выпуска плавки в ковш присадили 1,0 т ферромарганца (ФМн78), 2.0 т силикомарганца (FeMnSi17), 0,5 т феррохрома (FeCr) и 0,2 т чушкового алюминия (АВ86). Внепечная обработка плавки производилась на установке печь-ковш.
После усреднительной продувки аргоном была отобрана проба металла и произведено измерение температуры и окисленности металла датчиком системы «Celox Multi Lab». Металл содержал: углерода 0,274%, кремния 0,11%, марганца 0,955%, серы 0,011%, фосфора 0,015%, хрома 0,189%, никеля 0,034%, меди 0,048%, молибдена 0,005%, алюминия 0,044%, титана 0,003%, бора 0,00039%, температура металла составила 1547°C, а окисленность 16,6 ррм. После получения результатов анализа произвели откантовку из сталеразливочного ковша около 65% шлака и присадили песок в количестве 0,9 т. После присадки песка произвели нагрев металла до температуры 1584°С. Затем провели корректировку химического состава стали, присадили 430 кг силикомарганца, 180 кг 65% ферросилиция, 130 кг графита в виде порошковой проволоки, 100 кг ферромолибдена, 230 кг феррокальция в виде порошковой проволоки, 330 кг ферротитана в виде порошковой проволоки и 45 кг ферробора, провели усреднительную продувку и отобрали пробу металла. Металл содержал: углерода 0,365%, кремния 0,245%, марганца 1,204%, серы 0,006%, фосфора 0,016%, хрома 0,206%, никеля 0,034%, меди 0,048%, молибдена 0,031%, алюминия 0,012%, титана 0,039%, бора 0,00262%, температура металла составила 1564°C, а окисленность 1,6 ррм. После получения результатов анализа дополнительно произвели нагрев металла на 10°С, присадили алюминий в виде катанки в количестве 12 кг, ввели 1250 кг феррокальция в виде порошковой проволоки и 49 кг технической серы в виде порошковой проволоки. После окончания присадки всех раскислителей провели усреднительную продувку металла аргоном в течение 90 сек, измерили температуру метала и отобрали пробу. Металл содержал: углерода 0,365%, кремния 0,254%, марганца 1,19%, серы 0,017%, фосфора 0,016%, хрома 0,206%, никеля 0,034%, меди 0,048%, молибдена 0,031%, алюминия 0,021%, титана 0,044%, бора 0,00264%, температура металла составила 1564°C, а окисленность 1,2 ррм.
После получения требуемого химического состава и проведения усреднительной продувки плавка была передана на машину непрерывного литья заготовки.
Непрерывная разливка стали производилась на пятиручьевой сортовой МНЛЗ в заготовке сечением 150×150 мм. Отлито 172,3 т сортовых заготовок, содержащих 0,373% углерода, 0,24% кремния, 1,181% марганца, 0,016% фосфора, 0,013% серы, 0,195% хрома, 0,034% никеля, 0,048% меди, 0,017% алюминия, 0,039% титана, 0,0025% бора, 0,007% азота и 0,002% кальция.
После охлаждения заготовки передали в сортовой цех, где произвели их осмотр и зачистили поверхностные дефекты, затем передали на средне-сортный стан 450. Заготовки поместили в методическую нагревательную четырехзонную печь с шагающим подом, где их нагревали в течение 2 часов 35 минут, средняя температура в первой зоне 932°С, средняя температура во второй зоне 1122°С, средняя температура в третьей зоне 1170°С, средняя температура в четвертой зоне 1150°С. После выдачи из печи их подали на стан, где согласно заказу требуется полоса 36×100 мм.
Требуемая твердость на расстоянии 9 мм от закаленного торца должна составлять не менее 45 единиц HRC. Режим прокатки выбрали исходя из температуры заготовки при выдаче из методической печи 1150°С, температуры начала прокатки 1030°С, а температуру конца прокатки выбрали согласно расчету:
Тк.п.=40,7×((1150-1030)/(45+41,31×0,24+44,12×1,181+49,9×0,056))=910°С.
Скорость прокатки в черновой клети стана 0,25 м/с обеспечила разность температуры начала прокатки по длине заготовки не более 30 градусов. Скорость конца прокатки составила 1,564 м/с.
Охлаждение проката проводилось на холодильнике с шагающими рейками без использования охлаждающих устройств. Резка производилась в интервале температур 160-330°C на ножницах холодной резки сортового проката с верхним резом.
При данном способе производства стали получается требуемое содержание химических элементов в стали, снижается содержание неметаллических включений, повышается выход годного по механическим свойствам, увеличивается производство и прибыль.