Исследование процессов микролегирования стали бором с целью совершенствования технологии производства борсодержащей стали

• Автор: Потапов, Андрей Иванович
• Шифр специальности: 05.16.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 117 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ
1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРИЕМОВ, ПРОБЛЕМ, СПОСОБОВ ОПТИМАЛЬНЫХ РЕШЕНИЙ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ БОРА В КАЧЕСТВЕННОЙ МЕТАЛЛУРГИИ
1.1 Влияние бора на свойства и качество стали
1.2 Технологические схемы производства борсодержащих марок стали, особенности и проблемы
1.3 Форма присутствия бора в стали. Понятие о «эффективном» боре
1.4 Прогнозирование требований по химическому составу к металлическому расплаву и требуемых присадок бора в зависимости от марки стали
1.5 Взаимодействие бора с железом
1.6 Типы твердых растворов и растворимость бора в железе
1.7 Методы оценки присутствия бора в твердом растворе
1.8 Выводы по обзору литературы и постановка задачи исследования
2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ БОРА С КОМПОНЕНТАМИ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО РАСПЛАВА
2.1 Физико - химическая оценка приоритетных соединений бора с компонентами расплава в исследуемых сталях
2.2 Опытные плавки борсодержащей стали в лаборатории в вакуумной индукционной печи
2.2.1 Технология и порядок проведения плавки
2.2.2 Анализ результатов
2.3 Математическое моделирование взаимодействия бора с металлическим расплавом
2.3.1 Определение равновесной концентрации кислорода
2.3.2 Методика расчета «эффективного» бора
2.3.3 Обоснование выбора ведущего элемента для термодинамической модели
2.3.4 Результаты модельных расчетов
2.4 Проверка адекватности модели
3 АНАЛИЗ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ ПО ПРОИЗВОДСТВУ БОРСОДЕРЖАЩЕЙ СТАЛИ В УСЛОВИЯХ ОАО «ОЭМК»
3.1 Особенности производства борсодержащих марок стали по различным технологическим схемам
3.2 Влияние режима рафинирования и вида борсодержащего материала на усвоение бора и величину «эффективного» бора
3.3 Влияние состава металла и режима термообработки на служебные свойства борсодержащей стали
3.4 Исследование зависимости механических свойств металла от химического состава

4 ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ЗАВОДСКИХ ПЛАВОК. РЕКОМЕНДАЦИИ
4.1. Обсуждение результатов анализа заводских плавок.
4.2 Рекомендации по усовершенствованию технологии выплавки борсодержащих сталей в ОАО «ОЭМК»
5 ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ПРИЛОЖЕНИЕ А

Введение
На современном этапе развития производства при повсеместном истощении природных ресурсов и ухудшении экологической обстановки наиболее остро встают вопросы разработки ресурсосберегающих технологий получения металлопродукции при одновременном повышении ее качества. В решении этой проблемы ведущая роль принадлежит микролегированным, в том числе борсодержащим, сталям. Хорошо известно положительное влияние микролегирования бором на прокаливаемость и закаливаемость конструкционных сталей. Способность интенсивно измельчать структуру при ускоренном охлаждении делает бор обязательным компонентом многих высокопрочных низколегированных сталей, разработка которых является одним из важнейших направлений в металлургии. Микродобавки бора позволяют экономить такие остродефицитные легирующие элементы как никель, хром и марганец, не снижая качества стали. Несмотря на технологические преимущества борсодержащих сталей, их внедрение в массовое производство сопряжено с определенными трудностями, к числу которых относятся сложности металлургического характера (необходимость получения строго нормированных концентраций бора в процессе выплавки стали, поддержание на заданном уровне содержания азота, титана и алюминия) и ограничения научнообоснованных рекомендаций по выбору режима легирования стали бором в зависимости от технологических особенностей производства. В настоящее время накоплен значительный экспериментальный и теоретический материал, характеризующий поведение бора в сталях и особенности их (сталей) применения. Тем не менее, такие важные аспекты, как влияние технологии металлургического производства и параметров термической обработки борсодержащих сталей на прокаливаемость, не нашли однозначного толкования. Механизм влияния бора на прокаливаемость, термодинамические условия образования сегрегаций бора и присутствие его в растворе в несвязанном состоянии раскрыты не полностью, и требуют дальнейшего изучения. Широкие

• разработка оптимального химического состава стали для достижения требуемых механических свойств;
• предложить математическую модель, позволяющую в «реальном времени» производить расчет оптимального содержания бора, в зависимости от химического состава металла;
• оценка влияния металлургических аспектов и технологии производства на качество борсодержащей стали;
• получение количественных зависимостей влияния титана, азота, алюминия, кальция, кислорода и бора на содержание «эффективного» бора в стали;
• оценка влияния композиции легирующих элементов вышеперечисленных сталей на уровень механических свойств стали с целью снижения себестоимости производства проката за счет снижения доли легирующих элементов.
2 Теоретический анализ взаимодействия бора с компонентами металлического расплава
2.1 Физико - химическая оценка приоритетных соединений бора с компонентами расплава в исследуемых сталях
В диссертационной работе рассмотрено образование приоритетных соединений бора.
Рассмотрим возможность образования оксида бора. Для этого оценим содержание кислорода в металле при использовании конкретного раскисли-теля, вводимого в металлический расплав.
При выплавке стали 20Г2Р в качестве раскислителя (основного, завершающего процесс раскисления) используется алюминий. Количество кальция присаживаемого в металл, составляет 0,08 - 0,9 кг/т, это обеспечивает содержание кальция в металле на уровне 0,0015 - 0,002 %.