Технические науки/1. Металлургия

К.т.н. Ахметов А.Б., докторант Юдакова В.А.

Химико-металлургический институт им. Ж. Абишева,

Карагандинский государственный технический университет, Казахстан

Результаты сравнительных механических испытаний проката спокойной стали,

раскисленной опытным сплавом ФСА

Раскисление - важнейшая технологическая операция сталеплавильного процесса, при которой растворенный в металле кислород переводится в нерастворимое в металле соединение или удаляется из металла. Чем глубже раскислен металл, тем меньше количество и благоприятнее природа образующихся неметаллических включений. Такой металл имеет более высокое качество, и, соответственно, лучшие показатели механических свойств.

С целью исследования влияния типа раскислителя на механические свойства спокойной стали в кислородно-конвертерном цехе АО "АрселорМиттал Темиртау" были проведены опытно-промышленные испытания с раскислением стали марки 3сп по действующей технологии - ферросилицием и вторичным алюминием, и с использованием взамен них нового комплексного раскислителя - ферросиликоалюминия (ФСА) [1]. Проведено изучение качественных показателей (уровня механических свойств) опытного металла (образцов листа, прошедшего горячую прокатку) в сравнении с показателями проката из стали, раскисленной по действующей технологии. Сплав ФСА разработан в Казахстане с использованием в качестве шихты углистых пород [2].

Результаты механических испытаний стали марки 3сп, приведенные в таблице 1, показывают, что на большинстве плавок с использованием ферросиликоалюминия марок ФС55А15 и ФС60А20 по сравнению с использованием традиционного ферросилиция марки ФС65 более высокими механическими свойствами характеризуется металл, раскисленный комплексным сплавом ФСА.

Таблица 1

Механические свойства спокойной стали 3сп

Вариант раскисления	Механические свойства
	Ударная вязкость, Дж/м^2		Временное сопротивление (σв), Мпа	Предел текучести (σт), МПа	Относительное удлинение(d0,2), %
	при температуре, ^0С
	+20	-20
ФС55А15 ФС60А20	128,12 95,6÷180,0	64,95 47,67÷95,00	494,76 425,0÷635,0	393,03 265,0÷450,0	29,38 21,0÷37,0
ФС65	111,88 97,67÷125,33	64,52 40,00÷80,67	490,5 320,0÷595,0	372,50 240,0÷480,0	29,18 24,0÷43,0

Сравнение показателей, относящихся к вариантам с введением в ковш сплавов ФСА двух марок, показывает, что сталь, раскисленная сплавами ФС55А15 и ФС60А20, отличается более высокими свойствами, нежели сталь, раскисленная сплавом ФС65. При этом заметно повышаются прочностные характеристики, вязкость и пластические свойства, что видно из сравнения усредненных значений величин σ_т и σ_в (таблица1). Величина ударной вязкости стали, раскисленной сплавом ФСА, в среднем, на 16,24 Дж/м² или на 13-14% больше, чем у стали, раскисленной ферросилицием. Относительное удлинение увеличилось на 0,20-1,5% абс. Среднее значение предела прочности осталось практически неизменным (максимальное увеличение составило 4,26 МПа). Более заметно повысился предел текучести (на 20,53 МПа).

Вследствие более значительного увеличения предела текучести по сравнению с пределом прочности повысилась также величина отношения σ_т/σ_в с 0,62 до 0,71, что также свидетельствует об улучшении пластических свойств стали при раскислении ее сплавом ФС55А20.

На рисунках 1, 2 представлены зависимости изменения пластических свойств и прочностных характеристик от содержания алюминия в готовом металле (Al гот). На рисунках 3, 4 представлены зависимости изменения временного сопротивления и ударной вязкости от остаточного содержания серы в готовом металле.

Рисунок 1 – Зависимость относительного удлинения от Аl гот.

(марка стали 3сп)

Рисунок 2 - Зависимость предела текучести от Аl гот.

(марка стали 3сп)

Изменение свойств металла подчиняется общим закономерностям, т.е. как и табличные данные, однако и здесь видно некоторое улучшение механических характеристик стали, раскисленной ФС55А20. Из рисунков 1, 2 можно отметить, что наклон линий, характеризующих изменение пластических свойств и вязкости по опытной и сравнительной стали, объясняется тем, что с увеличением остаточного алюминия в металле прочностные характеристики несколько снижаются при увеличении пластических свойств. Из рисунков 3, 4 следует, что с увеличением содержания серы в готовом металле (S гот) при увеличении временного сопротивления ударная вязкость понижается. Это свидетельствует о том, что при раскислении сплавами ФСА металл в ковше более однородный, чем на сравнительном металле.

Рисунок 3 – Зависимость временного сопротивления от S гот.

(марка стали 3сп)

Рисунок 4 - Зависимость ударной вязкости от S гот.

(марка стали 3сп)

Обобщенные результаты механических испытаний стали марки 3сп, раскисленной сплавами ФСА, в сравнении с вариантом действующей в цехе технологии раскисления ферросилицием ФС65, представлены в таблице 2.

Таблица 2

Механические свойства спокойной стали (марка 3сп)

Марка стали	Вариант	Толщина, мм	Механические свойства
			Ударная вязкость, Дж/м^2			Временное сопротивление (σв), Мпа	Предел текучести (σт), МПа	Относительное удлинение (d0,2), %
			при температуре, ^0С		после механического старения
			+20	-20
3сп	ФСА	>4мм	95,6÷180,0 128,12	47,67÷95,0 64,95	41,7÷84,0 51,98	425,0÷635,0 494,76	265,0÷450,0 393,03	21,0÷37,0 29,38
	ФС65	>4мм	97,6÷125,3 111,88	40,0÷80,67 64,52	40,0÷62,5 51,85	320,0÷595,0 490,50	240,0÷480,0 372,50	24,0÷43,0 29,18
3сп	ФСА	<4мм	-	-	-	450,0÷530,0 480,00	285,0÷375,0 355,00	23,0÷30,0 27,50
	ФС65	<4мм	-	-	-	455,0÷545,0 500,33	330,0÷395,0 375,07	25,0÷32,0 28,93

Повышение показателей механических свойств стали при раскислении ее сплавом ФСА можно объяснить также уменьшением количества оксидных включений в металле. Количество оксидов наиболее значительно уменьшилось в результате применения сплава ФСА кусковой фракции.

Таким образом, установлено, что замена традиционно применяемых при раскислении стали ферросилиция и алюминия опытным комплексным сплавом ферросиликоалюминий, кроме экономического эффекта, положительно влияет на механические и эксплуатационные свойства стали.

Литература:

1. Ахметов А.Б., Толымбеков М.Ж., Байсанов С.О., Огурцов Е.А., Жиембаева Д.М. Некоторые аспекты производства и применения комплексных ферросплавов в металлургии// - М., Сталь, - 2009, №5, С. 34-37.

2. Назарбаев Н.А., Школьник В.С., Жарменов А.А., Толымбеков М.Ж., Байсанов С.О. Сплав "казахстанский" для раскисления и легирования стали // Патент РФ № 2395609. 2010.