Патент на изобретение №2153005

(54) СПОСОБ МИКРОЛЕГИРОВАНИЯ УГЛЕРОДИСТОЙ СТАЛИ ВАНАДИЕМ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области металлургии. Способ микролегирования углеродистой стали ванадием обеспечивает повышение комплекса механических свойств проката при одновременном экономном расходе ванадия. Микролегирование проводят минимальным количеством ванадия, определяемым по эмпирической формуле %V= 0,1 – ([%C],[%N]/5,9), где %V – минимальное количество ванадия, требующееся для микролегирования, мас.%, [%С] – заданное содержание углерода в стали, мас.%; [%N] – содержание азота в расплаве перед раскислением, мас. %. 1 табл.

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к технологии сталеплавильного производства.

Известен способ раскисления стали [1] с вводом в ковш феррованадия, направленный на повышение качества стали. Недостаток способа заключается в том, что количество вводимого феррованадия определяется заданным отношением марганца к ванадию, при этом его расход не корректируется в зависимости от содержания в металле других элементов.

Известны способ раскисления и легирования ванадийсодержащей нестареющей стали и смесь для его осуществления [2]. Изобретение регламентирует порядок операций, состав и расход смеси для раскисления и легирования и направлено на повышение качества стали и снижение угара легирующих элементов. Недостаток способа заключается в том, что расход легирующих элементов не связан с химическим составом стали и не позволяет проводить корректировку расхода, в частности, ванадия, в зависимости от содержания в стали, например, таких элементов, как углерод и азот.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому способу является технология микролегирования ванадием спокойной стали с целью повышения комплекса механических свойств [3]. Технология предусматривает отбор и определение химического состава пробы металла перед раскислением, присадку в расплав в количествах, зависящих от марки стали, кремния, марганца, алюминия и ванадийсодержащих легирующих материалов после ввода алюминия. Недостаток этой технологии заключается в том, что не учитывается возможность корректировки расхода ванадия для микролегирования в зависимости от суммарного содержания углерода и азота, присутствующих в расплаве. Такая корректировка должна оптимизировать расход ванадия, обеспечивающий получение повышенного уровня механических свойств за счет карбонитридов ванадия.

Поставлена задача создать способ микролегирования углеродистой стали ванадием, обеспечивающий повышение уровня механических свойств проката при экономном расходе ванадия.

Поставленная задача достигается тем, что в известном способе раскисления и микролегирования ванадием углеродистой стали, включающем отбор и химический анализ пробы перед раскислением, ввод в металл кремния, марганца, алюминия и ванадия, легирование проводят минимальным количеством требуемого для микролегирования ванадия, определяемым по формуле

где %V – минимальное количество ванадия, требующееся для микролегирования, мас.%;
[%C] – заданное содержание углерода в стали, мас.%;
[%N] – содержание азота в расплаве перед раскислением, мас.%.

Сущность заявляемого способа микролегирования углеродистой стали ванадием заключается в том, что в ковш присаживают минимальное количество ванадия, достаточное для микролегирования, массу которого, гарантирующую повышение уровня механических свойств, определяют по эмпирической формуле в зависимости от суммы заданного для данной марки стали содержания углерода и содержания азота в расплаве.

Сопоставительный анализ заявляемого технического решения и прототипа показывает, что предлагаемый способ микролегирования углеродистой стали ванадием отличается от прототипа тем, что он гарантирует получение в горячекатаном состоянии повышенного комплекса механических свойств и приводит к экономии ванадия, потребное количество которого определяется с учетом содержания углерода и азота. Наличие именно этих элементов в стали в результате их взаимодействия с ванадием приводит к образованию карбонитридов, которые, в свою очередь, оказывают воздействие на механические свойства проката в сторону их улучшения. Таким образом, данное техническое решение соответствует критерию “новизна”.

Анализ патентов и научно-технической информации не выявил использования новых существенных признаков, используемых в предлагаемом решении, по их функциональному назначению. Таким образом, предлагаемое изобретение соответствует критерию “изобретательский уровень”.

Предлагаемое соотношение между содержанием ванадия, углерода и азота в стали установлено экспериментальным путем. Найденное решение применимо для сталей с содержанием углерода 0,1-0,4%. Такое содержание углерода характерно для мало- и среднеуглеродистых сталей обыкновенного качества, прокат из которых в горячекатаном состоянии соответствует классам прочности 265-295 (Ст2 – Ст5). Практика показывает, что содержание азота в таких сталях определяется технологией сталеплавильного производства, а также содержанием углерода в расплаве и составляет 0,002-0,008%.

В таблице представлены результаты, полученные при реализации заявляемого способа и способа-прототипа, для сравнения приведены также показатели механических свойств стали без ванадия.

Опытные плавки проводили в кислородных конвертерах емкостью 160 т. По окончании продувки отбирали пробу металла для анализа, замеряли температуру металла и производили выпуск его в ковш. Во время выпуска присаживали ферросплавы, содержащие марганец, кремний, ванадий, а также алюминий в необходимых количествах. Минимальное количество ванадия, требующееся для микролегирования, определяли в зависимости от заданного содержания углерода в стали и содержания азота в расплаве перед раскислением. После выпуска металл в ковшах продували аргоном с целью усреднения температуры и химического состава.

Сталь разливали сверху на слитки массой 8 т. Металл был прокатан на универсально-балочном стане на двутавр N 30Б1. Нагрев металла перед прокаткой осуществлялся по установленным режимам, средняя температура на выдаче составляла 1250^oC, средняя температура конца прокатки в обжимной клети – 1170^oC, в универсальных группах клетей – 790-800^oC.

Приведенные в таблице результаты испытания металла опытных плавок показывают, что микролегирование углеродистой стали ванадием, потребное минимальное количество которого определяли с учетом содержания углерода и азота в металле, позволяет получить прокат с высоким комплексом механических свойств, сочетающим повышенные прочностные характеристики с хорошей пластичностью и ударной вязкостью при отрицательных температурах (плавки 1-3). Прокат из металла плавки-прототипа (плавка N 4) имел высокие прочностные свойства, но не выдержал испытаний на хладостойкость. Прокат из стали Ст3 без ванадия по механическим свойствам соответствовал требованиям, предъявляемым к этой стали, т.е. имел относительно невысокие прочностные свойства и хладостойкость не ниже – 20^oC (плавка 5).

Источники информации
1. Способ раскисления стали. А.С.СССР N 269182.

2. Способ раскисления и легирования ванадийсодержащей нестареющей стали и смесь для его осуществления. А.с.СССР N 1366537.

3. Выплавка стали в мартеновских печах. Технологическая инструкция ТИ 102 СТ.М-16-87. Нижнетагильский металлургический комбинат. Н.Тагил, 1987.

Формула изобретения

Способ микролегирования углеродистой стали ванадием, включающий отбор и химический анализ пробы металла перед раскислением, ввод в металл кремния, марганца, алюминия и ванадия, отличающийся тем, что минимальное количество ванадия, требующееся для микролегирования, определяют по формуле

где %V – минимальное количество ванадия, требующееся для микролегирования, мас.%;
[%C] – заданное содержание углерода в стали, мас.%;
[%N] – содержание азота в расплаве перед раскислением, мас.%.

РИСУНКИ