blackmetИзвестия высших учебных заведений. Черная МеталлургияIzvestiya. Ferrous Metallurgy0368-07972410-2091National University of Science and Technology "MISIS"10.17073/0368-0797-2017-5-348-354blackmet-1057Research ArticleМЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИMETALLURGICAL TECHNOLOGIESФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ, ПОЛУЧЕНИЕ И ПРИМЕНЕНИЕ КОМПЛЕКСНЫХ БОРСОДЕРЖАЩИХ ФЕРРОСПЛАВОВPHYSICOCHEMICAL CHARACTERISTICS, PRODUCTION AND APPLICATION OF BORON-BEARING COMPLEX FERROALLOYSЖучковВ. И.ZhuchkovV. I.

д.т.н., профессор, главный научный сотрудник группы советника РАН

Dr. Sci. (Eng.), Professor, Chief Researcher

ntm2000@mail.ruЗаякинО. В.ZayakinO. V.

к.т.н., старший научный сотрудник

Cand. Sci. (Eng.), Senior Researcher

ntm2000@mail.ruЛеонтьевЛ. И.Leont’evL. I.

академик РАН, советник, д.т.н., профессор, главный научный сотрудник

Dr. Sci. (Eng.), Professor, Academician, Adviser of the Russian Academy of Sciences, Chief Researcher

ntm2000@mail.ruСычевА. В.SychevA. V.

к.т.н., старший научный сотрудник 

Cand. Sci. (Eng.), Senior Researcher

ntm2000@mail.ruКельИ. Н.Kel’I. N.

младший научный сотрудник

Junior Researcher

ntm2000@mail.ruИнститут металлургии УрО РАНРоссияInstitute of Metallurgy, UB RAS, EkaterinburgRussian FederationПрезидиум РАН Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»РоссияScientific Council on Metallurgy and Metal Science of Russian Acade my of Sciences (Department of Chemistry and Material Sciences), Moscow, Russia Baikov Institute of Metallurgy and Materials Science, RAS, Moscow, Russia National University of Science and Technology “MISIS” (MISIS), Moscow, RussiaRussian Federation201726052017605348354Copyright © Жучков В.И., Заякин О.В., Леонтьев Л.И., Сычев А.В., Кель И.Н., 20172017Жучков В.И., Заякин О.В., Леонтьев Л.И., Сычев А.В., Кель И.Н.Zhuchkov V.I., Zayakin O.V., Leont’ev L.I., Sychev A.V., Kel’ I.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://fermet.misis.ru/jour/article/view/1057

Приведены данные по целесообразности получения и применения комплексных ферросплавов с точки зрения технологии их изготовления, применяемого сырья и взаимодействия со сталью. Обоснована необходимость получения комплексных ферросплавов с бором, показаны основные принципы определения их рационального состава. На основе изучения физико-химических свойств сплавов и особенностей их взаимодействия с обрабатываемым расплавом определены основные составы комплексных борсодержащих ферросплавов  –  ферросиликомарганецбора,  ферросиликобора,  ферросиликомарганецхромбора.  Проведено  сравнение  характеристик (температур плавления, плотности, времени плавления ферросплава в жидкой стали и др.) комплексных борсодержащих ферросплавов с наиболее применяемым ферробором, показаны преимущества комплексных сплавов. Отмечено, что в составе комплексного борсодержащего ферро-сплава (КБФ) следует иметь активные элементы (Si, Al, Ti), способствующие связыванию кислорода и азота стального расплава в прочные соединения, предотвращающие их взаимодействие с бором. Содержание бора в ферросплаве рекомендовано от 0,7 до 2  %, что позволяет увеличить количество присаживаемого в сталь КБФ и, как следствие, повысить надежность и стабильность усвоения бора. Изучение окисления борсодержащих сплавов показало, что при повышенной температуре (1430 – 1570  °С) ферросиликобор окисляется значительно меньше (в 4 – 7 раз), чем ферробор. Приведены данные о промышленной технологии получения и применения ферросиликобора при  выплавке  борсодержащей  стали  в  условиях  сталеплавильного  цеха.  Изучен  коэффициент  усвоения  бора  из  комплексных  сплавов  при  микролегировании  стали.  Использование  ферросиликобора  обеспечило  без  изменения  существующей  технологической  схемы  раскис-ления металла ферросилицием высокую степень усвоения бора в пределах 77,8 – 96,3 % (в среднем 86,6 %). При концентрации бора в  металле на установке внепечной обработки стали 0,0021 – 0,0027 %, содержание его в металле на разливке составляет не менее 0,0020  %. Установлено, что ввод бора в металл комплексным сплавом ферросиликомарганецбора увеличивает степень его усвоения по сравнению с использованием ферробора в 1,6 раза (в среднем с 48 до 77 %). 

 

 

 

 

The data on the feasibility of production and application of  complex ferroalloys from the standpoint of manufacturing technology, the used raw materials and the interaction with the steel are  provided. The production need of complex ferroalloys has been validated; the main principles of determination of ferroalloys chemical  composition are shown. The rational composition of complex fer-roalloys (ferro silicon manganese with boron, ferrosilicon with boron,  ferrosilicon manganese with boron and chrome) has been determined  based on the research of their physicochemical properties and their  specific interaction with basic melt. The comparison of characteristics of complex boron-bearing ferroalloys (melting temperatures,  density, melting time of ferroalloys in melt, etc.) was made against  the most used ferroboron and their advantages were shown. It was  noted that the complex boron-bearing ferroalloys must have active  element (Si, Al, Ti), because they promote binding oxygen and nitrogen from steel melt in firm compounds, and the compounds prevent  interaction of active element with boron. The boron concentration  in ferroalloy must be 0.7–2.0  %, because it increases the volume of  complex boron-bearing ferroalloy as consequence increase of reliability and stability of boron absorption. The study of oxidation of  boron-bearing ferroalloy has shown that ferrosilicon with boron are  far less oxidative (4–7 times) at higher temperatures (1430–1570  °С)  than ferroboron. The results have been given for manufacturing and  application of boron ferrosilicon in steel production. The recovery  rate of boron has been studied. The usage of ferrosilicon with boron  provided high recovery rate of boron in range of 77.8–96.3  % (average 86.6  %), without changes in present techno logy of steel deoxidation with ferrosilicon. The concentration of boron in metal at ladle  treatment is 0.0021–0.0027  % and the concentration of boron is not  less than 0.0020  % at casting. It was found that the entering of boron  with the help of ferrosilicon manganese with boron provides increase  of recovery rate of boron in 1,6 times (in average from 48 to 77  %)  relative to ferroboron usage.

бор комплексные ферросплавы микролегирование стали бором свойства ферросплавовboron complex ferrroalloys microalloying of steel with boron properties of ferroalloysReferencesЖучков В.И., Мальцев Ю.Б. Физико-химические характеристики новых комплексных ферросплавов // Сб. тр. «Физическая химия и технология в металлургии». – Екатеринбург: УрО РАН, 1996. С. 131 – 144.Zhuchkov  V.I.,  Mal’tsev  Yu.B.  Physicochemical  characteristics  of new complex ferroalloys. In: Sb. trudov: Fizicheskaya khimiya i tekhnologiya v metallurgii  [Physical  chemistry  and  technology  in  metallurgy].  Ekaterinburg:  UrO  RAN,  1996,  pp.  131–144.  (In  Russ.).Жучков В.И., Селиванов Е.Н., Сычев А.В. и др. Комплексные борсодержащие ферросплавы для микролегирования стали // Сб. тр. Междунар. конф. «Физико-химические основы металлургических процессов». – М.: ИМЕТ РАН, 2012. – 62 с.Zhuchkov  V.I.,  Selivanov  E.N.,  Sychev A.V.,  Zayakin  O.V.,  Babenko A.A. Complex ferroalloys with boron for steel microalloying.  In: Sb. trudov mezhdunar. konf. “Fiziko¬khimicheskie osnovy met-allurgicheskikh protsessov”  [Proceedings  of  International  Conference “Physicochemical base of metallurgical processes”]. Moscow:  IMET RAN, 2012, p. 62. (In Russ.).Парфенов А.А., Топильский А.В., Друинский М.И. Суспензионная разливка 45 %-ного ферросилиция // Сб. тр. «Технический прогресс электрометаллургии ферросплавов». – Днепропетровск: ЦБТИ МЧМ УССР, 1975. С.179 – 181.Parfenov A.A., Topil’skii A.V., Druinskii M.I. Suspension casting  of  FeSi-45.  In:  Sb:  Tekhnicheskii progress elektrometallurgii ferrosplavov[Technological development of ferroalloys electrometallurgy]. Dnepropetrovsk: TsBTI MChM USSR, 1975, pp. 179–181.  (In Russ.).Манашев И.Р., Шатохин И.Н., Зиатдинов М.Х., Бигеев В.А. Особенности микролегирования стали бором и новым материалом – боридом титана // Сталь. 2009. № 10. С. 34 – 38.Manashev  I.R.,  Shatokhin  I.N.,  Ziatdinov  M.Kh.,  Bigeev  V.A.  Micro alloying  of  steel  with  boron  and  the  development  of  ferrotitanium  boride.  Steel in Translation.  2009,  vol.  39,  no.  10,   pp. 896–900.Heckmann C.J., Ormston D., Grimpe F. Development of low carbon Nb-Ti-B microalloyedsteels for high strength large diameter linepipe // Ironmaking and Steel-making. 2005. Vol. 32. No. 4. P. 337 – 371.Heckmann C. J., Ormston D., Grimpe F. Development of low carbon  Nb-Ti-B  microalloyed  steels  for  high  strength  large  diameter  linepipe.  Ironmaking and Steel¬making.  2005,  vol.  32,  no.  4,  pp.  337–371.Upadhyaya N., Pujara M.G., Sakthivelb T. etc. Effect of addition of boron and nitrogen on the corrosion resistance of modified 9Cr -1Mo ferritic steel // Procedia Engineering. 2014. No. 86. P. 606 – 614.Upadhyaya N., Pujara M.G., Sakthivelb T., Mallikaa C., Lahab K.,  Kamachi Mudalia U. Effect of addition of boron and nitrogen on the  corrosion  resistance  of  modified  9Cr-1Mo  ferritic  steel.  Procedia Engineering. 2014, no. 86, pp. 606–614. Zhang Ya-long, Zhang Ying-yi1, Yang Fei-hua, Zhang Zuotai. Effect of alloying elements (Sb, B) on recrystallization and oxidation of Mn-containing IF steel // Journal of iron and steel research, international. 2013. No. 3. Vol. 20. P. 39 – 44.Zhang Ya-long, Zhang Ying-yi1, Yang Fei-hua, Zhang Zuo-tai. Effect of alloying elements (Sb, B) on recrystallization and oxidation  of Mn-containing IF steel. Journal of iron and steel research, international. 2013, no. 3, vol. 20, pp. 39–44.Kyung Chul Choa, Dong Jun Munb, Yang Mo Koob, Jae Sang Leeb. Effect of niobium and titanium addition on the hot ductility of boron containing steel // Materials Science and Engineering A. 2011.Vol. 528. P. 3556 – 3561.Kyung Chul Choa, Dong Jun Munb, Yang Mo Koob, Jae Sang Leeb.  Effect of niobium and titanium addition on the hot ductility of boron containing steel. Materials Science and Engineering A. 2011,  vol.  528, pp. 3556–3561.Loґpez-Chipresa E., Mejıґa I., Maldonado C. etc. Hot flow behavior of boron microalloyed steels // Materials Science and Engineering A. 2008. Vol. 480. P. 49 – 55.Loґpez-Chipresa E., Mejıґa I., Maldonado C., Bedolla-Jacuinde A.,  El-Wahabi M., Cabrera J.M. Hot flow behavior of boron microalloyed steels. Materials Science and Engineering A. 2008, vol. 480,  pp. 49–55.Stumpf W., Banks K. The hot working characteristics of boron bearing and conventional low carbon steel // Materials Science and Engineering A. 2006. Vol. 418. Р. 86 – 94.Stumpf W., Banks K. The hot working characteristics of boron bearing and conventional low carbon steel. Materials Science and Engineering A. 2006, vol. 418. pp. 86–94.Fujishizo T., Haza T., Tezada E. etc. Application of B-added low carbon bainite steels to wall x80 line pipe ultralow temperature use // Dzaizo to Prosesu: CAMP JSJJ. 2009. 22. P. 640.Fujishizo T., Haza T., Tezada E. etc. Application of B¬added low carbon bainite steels to wall x80 line pipe ultralow temperature use.  Dzaizo to Prosesu: CAMP JSJJ. 2009, 22, p. 640.Овчинников Д.В., Софрыгина О.А., Жукова С.Ю. и др. Влияние микролегирования бором на структуру и свойства высокопрочных труб нефтяного сортамента // Сталь. 2011. № 4. С. 64 – 69.Ovchinnikov  D.V.,  Sofrygina  O.A.,  Zhukova  S.Yu.,  Pyshmintsev  I. Yu., Bityukov S.M. Influence of microalloying with boron on the structure and properties of high-strength oil pipe. Steel in Translation. 2011, vol. 41, no. 4, pp. 356–360.Бигеев А.М., Бигеев В.А. Металлургия стали. – Магнитогорск: МГТУ, 2000. – 544 с.Bigeev A.M.,  Bigeev  V.A.  Metallurgiya stali [Steel  metallurgy].  Magnitogorsk: MGTU, 2000, 544 p. (In Russ.).Голубцов В.А. Теория и практика введения добавок в сталь вне печи. – Челябинск, 2006. – 421 с.Golubtsov V.A.  Teoriya i praktika vvedeniya dobavok v stal’ vne pechi[Theory and practice of addition in steel out of furnace]. Chelyabinsk: 2006, 421 p. (In Russ.).Научные и технологические основы микролегирования стали / В.Л. Пилющенко, В.А. Вихлевчук, М.А. Поживанов, С.В. Лепорский. – М.: Металлургия, 1994. – 384 с.Pilyushchenko V.L., Vikhlevchuk V.A., Pozhivanov M.A., Leporskii  S.V.  Nauchnye i tekhnologicheskie osnovy mikrolegirovaniya stali [Science and technology basis on microalloying steel]. Mos-cow: Metallurgiya, 1994, 384 p. (In Russ.).Lukin S.V, Zhuchkov V.I., Vatolin N.A. The surface tension, density and oxidation kinetic of Fe-Si-B alloys // Journal of the Less-Common Metals.1979. Vol. 67. P. 399 – 405.Lukin S.V, Zhuchkov V.I., Vatolin N.A. The surface tension, density  and oxidation kinetic of Fe-Si-B alloys. Journal of the Less¬Common Metals. 1979, vol. 67, pp. 399–405.Ким А.С, Заякин О.В., Акбердин А.А., Концевой Ю.В. Получение и применение новых комплексных борсодержащих ферро-сплавов // Электрометаллургия. 2009. № 12. С. 21 – 24.Kim A.S, Zayakin O.V., Akberdin A.A., Kontsevoi Yu.V. Production and usage of new complex boron-bearing ferroalloys. Elektrometallurgiya, 2009, no. 12, pp. 21–24. (In Russ.).Zhuchkov V.I., Andreev N.A. Development of new ferroalloys with chromium // Proceeding of the XIV INFACON. Vol. II. Ukraine, Kiev, May 31– June 4, 2015. P. 407 – 413.Zhuchkov V.I., Andreev N.A. Development of new ferroalloys with  chromium. Proceeding of the XIV INFACON. Ukraine, Kiev, May 31 – June 4, 2015. Vol. II. pp. 407–413.Потапов А.И., Семин А.Е. Технологические особенности легирования стали бором // Изв. вуз. Черная металлургия. 2012. № 9. С. 68 – 69.Potapov A.I., Semin A.E. Technological features of steel alloying  with  boron.  Izvestiya VUZov. Chernaya metallurgiya = Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2012, no. 9, pp. 68-69. (In Russ.).Сиротин Д.В. Эффективность повышения качества стали за счет микролегирования. – Екатеринбург: Институт экономики УрО РАН, 2013. – 50 с.Sirotin D.V. Effektivnost’ povysheniya kachestva stali za schet mikrolegirovaniya[Efficiency of quality improvement due to microalloyng]. Ekaterinburg: Institut ekonomiki UrO RAN, 2013, 50 p. (In  Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.