ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СТРОНЦИЙ-БАРИЕВОГО КАРБОНАТИТА ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ РЕЛЬСОВОЙ СТАЛИ

УДК 669.187.25

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СТРОНЦИЙ-БАРИЕВОГО КАРБОНАТИТА ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ РЕЛЬСОВОЙ СТАЛИ

Дементьев В.П., Перетятько В.Н., Козырев Н.А., Гуляева Т.П., Сычев П.Е.

СибГИУ, ОАО “Кузнецкий металлургический комбинат”

Аннотация

Разработана и опробована технология выплавки рельсовой стали стронций – бариевым карбонатитом. Сталь, выплавленная по разработанной технологии, отличается значительной чистотой по неметаллическим включениями и повышенной ударной вязкостью по сравнению со сталью, произведенной по базовой технологии, отвечает всем требованиям Государственных стандартов для рельсовой стали.

Ключевые слова: технология, рельсовая сталь, выплавка, стронций-бариевый карбонатит, неметаллические включения.

Надёжная и безотказная работа рельсов на железных дорогах РФ во многом предопределена качественным и количественным составом неметаллических включений, образующихся в процессе выплавки стали.

Для изменения характера и количества неметаллических включений авторы работы [1] рекомендуют использовать стронций – бариевый карбонатит. Считается, что влияние бария, кальция и стронция заключается в очищении металла от неметаллических включений, при этом сами эти элементы могут образовывать включения в виде оксидов и силикатов кальция, бария, а также интерметаллидов стронция.

Высказывается также мысль о термодинамической возможности восстановления природной смеси карбонатов кальция, стронция и бария для обработки стали щелочноземельными металлами, минуя процесс восстановления в ферросплавном производстве [2]. С целью определения влияния стронций – бариевого карбонатита на свойства рельсовой стали провели серию опытных плавок в дуговых электросталеплавильных печах типа ДСП-100И7 с трансформатором 80МВА. В процессе исследования использовали стронций – бариевый карбонатит следующего химического состава 21% BaO, 6% SrO, 18% SiO₂, 0,3% TiO₂, 1,6% AL₂O₃, 4,7% Fe₂O₃, 0,15% MnO, 1,2% MgO, 19% CaO, 2,5% Na₂O, 1,5% K₂O, 21,5% CO₂, 0,03% P₂O₅, 0,18% Zr, 0,10% Nb, фракции до 10мм. При этом минеральный состав: карбонатитная фаза 70%, полевой шпат 12%, пироксен – 18%.

Рельсовую сталь выплавляли по установленному энерготехнологическому режиму. После расплавления металлошихты проводили с целью дефосфорации спуск окислительного шлака через порог рабочего окна и обновление шлака присадками извести и железной руды. После достижения требуемой температуры стали, а также концентрации углерода и фосфора в конце окислительного периода проводили присадку стронций – бариевого карбонатита с расходом 6,5 – 7,0 кг на тонну стали. Далее проводили раскисление алюминием и силикокальцием и раскисление шлака в печи присадкой порошка кокса, дробленого ферросилиция ФС75 и гранулированного алюминия в количестве каждого по 1 кг на тонну стали. Выпуск стали из печи осуществляли со шлаком. В начале выпуска в ковш вместе с раскислителями присаживали твердую шлаковую смесь, состоящую из извести и плавикового шпата. После выпуска плавки осуществляли продувку стали в ковше через погружаемую фурму азотом и разливку в изложницы, нагрев и прокатку рельсов. Контроль проводили согласно требованиям ГОСТ 24182-80, ГОСТ 18267-82.

Химический состав опытных плавок приведен в таблице 1. Результаты механических испытаний рельсов после термообработки приведены в таблице 2. Сравнение табличных данных показывает, что металл опытных плавок соответствует требованиям ГОСТ 24182-80, ГОСТ 18267-82 по химическому составу и механическим свойствам.

Макроструктуру стали изучали после глубокого травления в 50% - ном водном горячем растворе соляной кислоты на поперечных рельсовых темплетах. Темплеты оценены первым сортом (ликвация в шейке не превышает первого балла шкалы).

Оценку загрязненности металла неметаллическими включениями проводили на продольных шлифах. При просмотре на микроскопе “Неофот – 21” при 100 – кратном увеличении микрошлифов не выявлено чистого глинозема, глинозема, сцементированного силикатами, а также нитридов и карбидов титана, вытянутых вдоль направления прокатки в виде дорожек – строчек, что соответствует требования ГОСТ 24182-80 для рельсов первой группы. Оценку загрязненности другими видами включений проводили по шкале 1778-70. Исследование загрязненности неметаллическими включениями производили на образцах, отобранных из трёх зон по высоте слитка: верхней (№ 1), средней (№ 2) и донной (№ 3) способом подсчета объёмного процента включений по методу три ГОСТ 1778-80 при увеличении 280 на 125 полях зрения по каждой зоне. Плоскость шлифа для просмотра неметаллических включений составляла 400 мм². Результаты оценки представлены в таблице № 3. Основным типом включений в металле являются мелкозернистые точечные включения в виде зерен размером от 2 до 4 мкм розового оттенка. Максимальное количество их содержится в верхней части слитка (объёмный процент – 14,23·10^-3), минимальное - в его донной части (объёмный процент – 4,84 · 10^-3). Наряду с этими характерными включениями для металла опытного слитка имеются включения округлой формы светло – серого цвета размером от 2 до 14 мкм. Характер распределения по высоте слитка: в верхней зоне максимальное количество (объёмный процент 10,76 · 10^-3) и минимальное в донной части (объёмный процент 3,67 · 10^-3). Кроме того, обнаружены единичные включения кристаллической формы размером от 2 до 10 мкм и глобулярные включения размером от 6 до 14 мкм.

Таблица 1

Химический состав рельсовой стали, мас. %

№	Марка	С	Mn	Si	P	S	Cr	Ni	Cu	AL	V	Sr	Ba
1	НЭ76В	0,75	0,86	0,36	0,023	0,009	0,06	0,05	0,05	0,009	0,06	0,005	0,005
2	ЭН76В	0,74	0,85	0,25	0,021	0,010	0,06	0,05	0,06	0,010	-	0,005	0,005
ГОСТ 24182-80
		0,71-0,82	0,75-1,5	0,25-0,45	≤ 0,025	≤ 0,020	не регламентируется				0,03-0,07	не регламентируется

Таблица 2

Механические свойства

№	s _т Н/мм²	s _т Н/мм²	δ, %	Ψ, %	КСU^+20C Дж/см²	НВ₈	НВ₁₆	НВ_ш	НВ_под	НВ_под2	НВ_пкг
1	1245 1215	941 951	13 7	35 10	32;44 44;33	363	352	363	352	352	363
2	1225 1235	921 902	11 7	37 8	26;36 53;51	363	352	363	341	352	375
ГОСТ 18267-82
	³ 1176 ³ 1098	³ 794 ³ 755	³ 6 ³ 2,5	³ 25,0 ³ 6,0	³ 25 ³ 20	³ 300	³ 300	≤ 388	≤ 388	≤ 388	341-388

Числитель – вдоль направления прокатки, знаменатель – поперёк направления прокатки.

Таблица 3

Результаты контроля неметаллических включений

№ образца, зона слитка	Тип включений	Размер включений (мкм)	Содержание включений в объёмных процентах
Образец № 1 (верх слитка)	1. Мелкодисперсные точечные 2.Кристаллической формы 3. Округлой формы 4. Глобули	2-4 2-10 2-14 8-14	14,23·10^-3 2,02·10^-3 10,76·10^-3 0,94·10^-3
№ 2 (середина слитка)	1. Мелкодисперсные точечные 2.Кристаллической формы 3. Округлой формы 4. Глобули	2-4 2-4 2-6 6-10	6,82·10^-3 0,25·10^-3 5,3·10^-3 0,78·10^-3
№ 3 (низ слитка)	1. Мелкодисперсные точечные 2. Кристаллической формы 3. Округлой формы 4. Глобули	2-4 2-4 2-4 -	4,84·10^-3 0,08·10^-3 3,67·10^-3 --

Электронно-микроскопический анализ природы неметаллических включений на растровом микроскопе – микроанализаторе РЭММА-202 показал, что мелкозернистые включения в своём составе содержат в основном кальций и алюминий. Включения округлой формы светло-серого цвета содержат кальций, серу и алюминий и представляют собой сульфиды кальция и сульфиды алюминия. Включения кристаллической формы представляют собой нитриды титана. Стронция и бария во включениях не обнаружено, в металле отмечено наличие данных элементов.

Выводы

Разработана и опробования технология обработки рельсовой стали стронций - бариевым карбонатитом. Сталь, выплавленная по предложенной технологии, отличается значительной чистотой по неметаллическим включениям, повышенной ударной вязкостью и соответствует всем требованиям Государственных стандартов, предъявляемых к рельсовой стали.

Список литературы

1. Влияние комплексного легирования ванадием и щелочно- земельными металлами на свойства сталей /Черняк С.С., Габов С.С., Кострубова И.И., Ромен Б.М., Ивакин В.Л.// Известия высших учебных заведений. Черная металлургия.-1997.-№2.-С.35-38.

2. Романив О.Н. Вязкость разрушения конструкционных сталей. - М.: Металлургия, 1979.-176с.

Хостинг от uCoz