СПОСОБ МОДИФИЦИРОВАНИЯ И РАСКИСЛЕНИЯ ЛИТЕЙНОЙ ЭЛЕКТРОСТАЛИ
PROCEDURE FOR MODIFICATION AND DEOXIDATION OF CASTING ELECTRIC STEEL

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, ×10<sup>4</sup>
Размер сульфидов, ×10<sup>6</sup> м
Пластичность, %
Ударная вязкость, МДж/м<sup>2</sup>
δ
ψ
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.