Исследование влияния прямого микролегирования конструкционных сталей бором на их структуру и механические свойства

В конвертерном цехе АО «АрселорМиттал Темиртау» разработана и освоена технология прямого микролегирования к ционных сталей бором. Микролегирование проведено за счет восстановления бора из формируемых на установках ковш-печь шлаков системы CaO – SiO₂ – B₂O₃ – MgO – Al₂O₃. Применение разработанной технологии обеспечило в сталях 08кп, 3сп, 3пс и 09Г2С содержание бора 0,0016 – 0,0050 %, достаточно высокую степень десульфурации металла 36,8 – 51,7 %, сокращение расхода марганцевых ферросплавов на 0,3 – 0,6 кг/т стали, улучшение экологической обстановки за счет отказа от применения плавикового шпата. Для стали марки 09Г2С предел текучести σ_т и временного сопротивления σ_в экспериментального металла выше, чем у стали без бора в среднем на 27 и 24 МПа соответственно. Величина относительного удлинения δ металлопроката с бором увеличилась в среднем на 0,2 %. Балл зерна металлопроката толщиной 2,0 – 2,5 мм стали 08кп, содержащей 0,001 % бора, с пониженной до 0,18 % концентрацией марганца, достигает 10,0 против 9,0 на плавках текущего производства. Предел текучести σ_т и временное сопротивление σ_в экспериментального металла в среднем на 6,0 и 5,0 МПа выше, чем у сравнительного. Относительное удлинение δ экспериментального металла достигает 36,3 % (на плавках текущего производства 33,3 %). Экспериментальный металлопрокат стали марки 3пс с пониженной на 0,02 % концентрацией марганца, содержащий в среднем 0,001 % бора, характеризуется повышенными пределом текучести, временным сопротивлением (в среднем на 2,0 и 9,0 МПа соответственно) и относительным удлинением, достигающим в среднем 21,0 %, мелкозернистой структурой. Металлопрокат стали 3сп, микролегированной бором, толщиной 4,0 мм с пониженным до 0,43 % содержанием марганца, характеризуется улучшенными прочностными свойствами с сохранением пластических характеристик. Абсолютная величина предела текучести и временное сопротивление на разрыв стали на 4,0 и 2,0 МПа больше прочностных характеристик стали без бора.

конструкционная сталь, прямое микролегирование, бор, сера, марганец, структура, механические свойства

1. Пилюшенко В.Л., Вихлещук В.А. Научные и технологические основы микролегирования стали. – М.: Металлургия, 2000. – 384 с.

2. Голубцов В.А., Лунев В.В. Модифицирование стали для отливок и слитков. – Челябинск-Запорожье: ЗНТУ, 2009. – 356 с.

3. Гольдштейн Я.Е., Мизин В.Г. Модифицирование и микролегирование чугуна и стали. – М.: Металлургия, 1986. – 272 с.

4. Бор, кальций, ниобий и цирконий в чугуне и стали / Пер. с англ. В.А. Мчедлишвили и В.В. Ховрина; под ред. С.М. Винарова. – М.: Металлургиздат, 1961. – 459 с.

5. Лякишев Н.П., Плинер Ю.Л., Лаппо С.И. Борсодержащие стали и сплавы. – М.: Металлургия, 1986. – 192 с.

6. Бабенко А.А., Жучков В.И., Леонтьев Л.И. и др. Микролегирование стали бором – перспективное направление повышения конкурентоспособности отечественной металлопродукции. – В кн.: Тр. научно-практ. конф. «Перспективы развития металлургии и машиностроения с использованием завершенных фундаментальных исследований и НИОКР». – Екатеринбург: ООО «УИПЦ», 2013. С. 162 – 165.

7. Пикеринг Ф.Б. Физическое металловедение и разработка сталей. – М.: Металлургия, 1982. – 182 с.

8. Heckmann C.J., Ormston D., Grimpe F. Development of low carbon Nb – Ti – B microalloyed stells for high strength large diameter linepipe // Ironmaking and Steelmaking. 2005. Vol. 32. No. 4. P. 337 – 371.

9. Upadhyay N., Pujar M.G., Sakthivel T., Mallika C., Laha K., Mudali U.Kamachi. Effect of addition of boron and nitrogen on the corrosion resistance of modified 9Cr-1Mo ferritic steel // Procedia Engineering. 2014. Vol. 86. P. 606 – 614.

10. Zhang Ya-long, Zhang Ying-yi, 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 Int. 2013. Vol. 20. No.3. P. 39 – 44.

11. Yang H., Wang Xi-xia, Qu Jin-bo. Effect of boron on CGHAZ microstructure and toughness of high strength low alloy steels // Journal of Iron and Steel Research Int. 2014. Vol. 21. No. 8. P. 787 – 792.

12. Pan Tao, Wang Xiaoyong, Su Hang, Yang Caifu. Effect of alloying element Al on hardenabilitity and mechanical properties of micro-B treated ultra-heavy plate steels // Acta Metallurgica Sinica. 2014. Vol. 50. No.4. P. 431 – 438.

13. Wan Yong, Chen Weiqing. Effect of boron content on the microstructure and magnetic properties of non-oriented electrical steels // Journal of Wuhan University of Technology-Mater. Sci. Ed. 2015. Vol. 30. No. 3. P. 574 – 579.

14. Kyung Chul Choa, Dong Jun Mun, Yang Mo Koo, Jae Sang Lee. Effect of niobium and titanium addition on the hot ductility of boron containing steel // Materials Science and Engineering: A. 2011. Vol. 528. No. 10. P. 3556 – 3561.

15. Lopez-Chipres E., Mejia I., Maldonado C., Bedolla-Jacuinde A., ElWahabi M., Cabrera J.M. Hot flow behavior of boron microalloyed steels // Materials Science and Engineering: A. 2008. Vol. 480. No. 1-2. P. 49 – 55.

16. Stumpf W., Banks K. The hot working characteristics of a boron bearing and conventional low carbon steel // Materials Science and Engineering: A. 2006. Vol. 418. No. 1. Р. 86 – 94.

17. Wang H., Zhang T., Zhu H., Li G., Yan Y., Wang J. Effect of В2 О3 on melting temperature, viscosity and desulfurization capacity of CaO-based refining flux // ISIJ International. 2011. Vol. 51. No. 5. Р. 702 – 706.

18. Технологическая инструкция ТИ СК-01 – 2007 «Выплавка стали в кислородных конвертерах». – Темиртау: АО «АрселорМиттал Темиртау», 2007.

19. Технологическая инструкция ТИ СК-07 – 2007 «Внепечная обработка стали для слябовых МНЛЗ». – Темиртау: АО «АрселорМиттал Темиртау», 2007.

20. Применение бора и его соединений в металлургии / В.И. Жучков, Л.И. Леонтьев, А.А. Акбердин и др. – Новосибирск: Академиздат, 2018. – 156 с.