автореферат диссертации по металлургии, 05.16.05, диссертация на тему:Исследование, разработка и реализация технологии производства толстолистового проката специальных марок с целью улучшения технико-экономических показателей процесса и повышения качества продукции в условиях работы стана "3600" Бхилайского металлургического завода

ЦЕНТРАЛЬНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ЧЕРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ имени И.П.БАРДИНА - ЦНИИчермет -

На правах рукописи

РЭЙ Субрата

ИССЛЕДОВАНИЕ, РАЗРАБОТКА И РЕАЛИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ТОЛСТОЛИСТОВОГО ПРОКАТА СПЕЦИАЛЬНЫХ МАРОК С ЦЕЛЬЮ УЛУЧШЕНИЯ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПРОЦЕССА И ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ В УСЛОВИЯХ РАБОТЫ СТАНА "3600" БХИЛАЙСКОГО МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ЗАВОДА

Специальность 05.16.05-"Обработка металлов давлением"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва, 1993 г.

Работа выполнена в Научно-исследовательском центре чёрной металлургии Индии и на металлургических заводах в Бхилаи и Роуркеле.

Официальные оппоненты: Доктор технических наук, профессор Кандидат технических наук, доцент

Погоржельский В.И. Трухин И.Г.

Ведущее предприятие:

Мариупольский металлургический комбинат "Азовсталь".

Защита диссертации состоится " /5" " апреля 1993 г. в 10 часов на заседании специализированного совета К 141.04.02 в Центральном научно-исследовательском институте черной металлургии имени И.П.Бардина по адресу: 107005, Москва, 2-я Бауманская улица, д. 9/23.

С диссертацией можно ознакомиться в технической библиотеке ЦНИИчермета.

Автореферат разослан " " марта 1993 г.

Ученый секретарь специализированного совета

К 141.04.02, к*н.

Помвлова Л.Д.

ЦБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБШЫ

Актуальность работы. Интенсификация развития тяжёлой промышленности в Индии, особенно таких её отраслей как судостроение, энергетика, мостостроение, металлургия, нефте- и газодобыча, требует существенного увеличения объёма производства и расширения сортамента листового проката. Решение этих вопросов позволяет существенно сократить импорт прокатной продукции и стимулировать развитие вышеуказанных отраслей промышленности. По данным основного производителя проката в Индии, Государственной корпорации по производству стали (САИЛ), потребность Индии в листовом прокате оценивается: от 1,65 или. тонн в 1992-1993 году до 1,84 млн. тонн в 1994-1995 году и до 2,40 млн. тонн в 1999-2000 году. Основными производителями листового прокате в Индии являются Бхилайский, Роурквль-ский и Бокарияский металлургические заводы.

Дефицит листового проката составляет в нестоящее время около 164 тыс. тонн и восполняется за счёт импорте» Если производство листа в Индии не будет существенно возрастать, то к 2000 году импорт может достичь I млн. тонн. Поэтому особое внимание металлургов должно уделяться как нарещиве-нию мощностей по листовоиу прокату, так и повышению производства на действующих станах.

Следует также отметить тот факт, что существенно возрастает спрос на высококачественную продукцию. В 1999-2000 году потребности рынка в качественных сталях в сравнении о 1990-1991 годом возрастут следующим образом: высокопрочные стали - на 500%, судовые стали - на 6ДО, трубные стали -на 80^, котельные стали - на 45$. При этом существенно возрастает и потребность в листе толщиной более 36 ми - от 117 тыс. тонн в год до 240 тыс. тонн в год, или на 105$.

Эти факторы предопределяют постановку задачи по существенному повышению производства качественного сортамента продукции.

Потребность в производстве металла на экспорт, составляющий в настоящее время по заводам САИЛв около 200 тыс. т против 35 тыс. тонн в 1986-1987 финансовом году, что указывает на Ьастущие возможности Индии на мировом рынке, требует существенного повышения качества продукции в соответствии с мировыми стандартами.

В соответствии с программой развития Бхилайского мвтза-

воде цо производства Ч млн. тонн стали в год, á Х985 году было полностью завершено строительство толстолистового стена "Зьии", на котором могут производиться листы и плиты толщиной от 5 до I2U мм, шириной до 32Ü0 мм и длиной до 15000 ми из углеродистых и легированных сталей, имеющих в холодном состоянии предел прочности не выше 8U0 Н/мм2.

В качестве заготовки для прокатки используются непрерыв-нолитне слябы сечением 200x1500 мм или 250x1500 им и длиной 2UUU-34UU им, отливаемые на машйнах непрерывного литья заготовок криволинейного типе, расположенных в комплексе кислородно-конверторного цеха завода.

Этот стан обеспечивает около половины потребности индийского рынка в денном виде продукции и является крупнейшим станом такого типа в Юго-Восточной Азии. Основные технико-экономические показатели работы стана, его сортамент и качество выпускаемой им продукции оказывают значительное влияние на показатели развития чёрной металлургии Индии и отраслей промышленности, потребляющих топстомстовой прокат.

Исследованию факторов, влияющих на основные технико-экономические показатели работы стана, разработке и внедрению технологических и других мероприятий, позволяющих улучшить эти показатели, расширить соргаменг и повысить качество проката, посвящена данная рвбота.

Цель работы. Целью данной работы является исследование всего комплекса производства проката специальных марок сталей, включая основные показатели процесса производства стали, её внепечной обработки, разливки непрерывнопктой заготовки, прокатки и термической обработки готовой продукции. Основное внимание уделено: оптимизации химического состава сталей специального назначения и разработке новых марок сталей с цепью снижения расхода легирующих элементов, разработке новых режимов прокатки толсголистового проката дпн^повышения выхода годной продукции и улучшению механических овой-ств проката, позволяющих исключить его дальнейшую термообработку, а также оптимизации размерного сортамента заготовки, обеспечивающей снижение расходного коэффициента металле. Проведенные исследования режимов нагреве слябов и термообработки листе позволили разработать и внедрить ряд мероприятий по снижению энергетических аатрвт и повышению механических свойств прокате.

Научная новизне. Разработана математическая модель ста-

-38 "3600", позволяющая заранее определять и задевайся тенпе-атурой проквтки в любой точка стана в любое время проквтного икла в зависимости от начальной температуры нагрэва звготов:-и и геометрии проката. На основе математической модели соз-ан алгоритм расчёта технологического режима проквтки. При том определяются все основные показатели процесса прокетки а каждом пропуске и рассчитываются величины обжатий в пропу-ках. На основе алгоритма выполняются тепловые балансы прока-ки, позволяющие проводить анвлиз тепловых затрат по различим статьям теплового рёжима прокатного цикла.

Разработан технологический режим производства трубных талей марок API, позволявший придавать рядовым маркам таких талей свойства высоких марок.

Разработана новая марка высокопрочной стали SAILMA, кото-)ая не содержит хром. Исследования по получению мелкозернистой ¡труктуры проката из этой стали позволили показать, что во вр-!Мя черновой прокатки при температурах выше температур начала ¡екристаллизации общее обжатие должно составлять 50-60^. При ном заготовку следует обжимать до критических значений с це-1ью полной рекристаллизации аустенита при получении размеров !го зёрен в конце черновой прокатки 15-20^ .

Разработана отечественная марка низколегированной котель-юй стали IS-2UU2 для работы при температурах до 400°С, Иссле-юван я описан процесс упрочнения такой стали, успокаиваемой злюнинием, за счёт выделения из твёрдого раствора нитридов алюминия при температурах более 200°С. Пои этом улучшаются и юказатели пластичности за счёт выделения по границам зёрен 5ывшего аустенита цплкодисперсной карбидной фазы. При двльней-ием повышении температур (более 400°С) происходит коагуляция карбидов и выпадение нитридов кремния и марганца, что приводит к снижению прочности металла.

Проведены исследования по определению диаграмм фазовых превращений высокопрочных сталей различного химического состава по содержанию в них углерода, марганца и ниобия при различных скоростях охлаждения. При этом показано влияние химического состава на величины точки и начвла мвртенситного превращения (Ms), а также влияние скоростей охлаждения на механизм образования ыартенситной и бейнитн.ой структур.

Разсабог8Н8 методика определения оптимальных размеров не-прерывнолитой заготовки в зависимости от размерного сортамента листового проката.

Практическая ценность работы. На основе проведенных исс ледований разработана и внедрена комплексная технология производства прокага специальных марок сталей: трубных, яысоког рочных, котельных и лр., что позволило: снизить расход легирующих злеиентоз при производстве стели, повысить производительность машин непрерывного литья заготовок и нвгреввтельнь печей стана "ЗЫЮ", повысить выход годного прокага из здготс вки и снизить энергетические затраты на производство прокате при исключении необходимости термообработки ряда марок и типоразмеров листа.

Внедрение разработанной технологии позволило не стане "ЗбОО" Бхилайского металлургического заводе получить экономи ческий эффект 54,78 млн. рупий в I99I-X992 финансовом году. Апробация работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались:

на I Йндо-Американскоы симпозиуме по совместным исследо ваниям в области чёрной металлургии, 6-9 января 1986 г., Рвн чи, Индия;

нэ Индо-Российском симпозиуме по направлениям развития технологических процессов в чёрной металлургии в будущем десятилетии, 13-14- октября 1992 г., Ранчи, Индия,'

на научной семинаре в ЦНШЧермете им. И.П. Бардине, январь 1993 г..„ Москва, Россия.

Публикации. Материалы диссертации опубликованы в четырёх печатных трудах. Один труд на русском языке в издавшей организации, предусмотренной перечнем БАК, и три труда на вн глийском языке в технических изданиях Индии.

Шьём работы. Диссертация состоит из введения, десяти глав и общих выводов..Работе содержит 181 страницумашинопасного текста, включая 40 таблиц , 69 рисунков и список использованной литературы из 81 наименования,

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Разработка технологии производства качественного листового проката из непрерывнолитых слябов конверторной стали ДЛ1 труб с высокими механическими характеристиками. Рост производства толстолистового прокага по стандарту Api классов прочности -X 52, -X 56, -X 60 и выше (ГОСТ 09Г2ФБ И 10Г2ФБЮ) для производства сварных труб различного сортаменте, диаметром от 'ibü до 610 мм поставил перед Бхилайсним металлургический

зодом задачу - обеспечить производство указанного сортамен-толстолистового проката с наименьшими экономическими аат-гами. Основными факторами, определяющими решение поставлен-I задачи, является оптимизация химического состава стали и кнологии производства толстого листа. Низкое содержание уг-эода в таких сталях (0,06-0,1, требуемое для обеспечения хорошей свариваемости и высркой пластичности, должно быть ипенсировано, с точки зрения поддержания высокой прочности, пкозернистостью структуры стали, обеспечиваемой условиями кролегирования и контролируемой прокаткой. При этом исполь-отся добавки, ограничивающие рост зёрен аустенита и обеспе-вающие мелкозернистую структуру металла в процессе нагрева ябов до высоких температур.

Из всех микролегирующих элементов ниобий наиболее эффек-вен при процессе аустенизвции. При низком содержании угле-да есть возможность растворения ниобия в аустените более что приведёт к увеличению задержки рекристаллизации стениге при высоких температурах прокатки. Это, в свою оче-дь, будет соответствовать типичному уровню минимальной де-рмации при прокатке (12/&), обычно практикуемому на Бхилайс-м метзаводе. Благоприятные условия аустенизации при высоких мпературах сказываются на режимах прокатки, сокращая время окатки и уменьшая усилие прокатки. Конечно, это будет воз-жно только тогда, когдэ ниобий (0,05-0,06$будет находиться твёрдом растворе перед обработкой стали.

Известно, что на качество непрерывнолигых заготовок из кролегированных сталей при разливке оказывают прямое влия-е следующие факторы: степень перегрева стали, скорость рвз-вки и уровень вторичного охлаждения.

Оптимальная температура металла в промковше для трубных алей должна быть в пределах 1540 ± 5°С, что выше температу-ликвидуса на 2и°С.

Скорость разливки для слябов сечением 250x1500 и 200x1500 лжна быть в пределах 0,55-0,65 и/мин..

Температура середины широкой грани заготовки в зоне раз-

:бв доджна быть 980-1иии°С, а кромок - не менее 900°С. Рас-

|Д воды для замедленного (мягкого)охлаждения должен состав-

3 ?

;ть в среднем б м на I м /час..

Во время нагрева слябов тщательный контроль температуры грева определяет состояние твёрдых растворов микролегирую-'X добавок и контролирует рост зёрен аустенита. Для микроле-

гированных степей нагрев выше 1200"С приводит к росту зёрен аз тените. Рост размера зёрен аустенитв может быть уменьшен, ест нерасгворённыё чвстицы карбонитридов легирующих элементов сущ(; твупт в виле твёрдых мелких зёрен и равномерно распределены в металле при этих температурах. Карбонитриды ниобия имеют темпе ратуру растворения в вустените большую, чем другие- карбонитри-дп, что препятствует росту зерна аустенитв при температуре н81 рева в пределах 95и-1и50оС. Конечная температура прокатки завг сит от температуры нагрева слябэ (обычно для условий Бхилайскс го «етзевода - 1250°С) и толщины листа» Типичная температура конца прокатки для 12-16 мм листов составляет 900-980°С.

ИрокаташпчЧ лист затем необходимо подвергать нормализации для получения гомогенной ^еррито-перлитной микроструктуры. В I :*е время понижение.конзчной температуры прокатки позволяет гарантировать получение механических свойств листа, после горяче прокатки близких к свойствам нормализованного проката.

Известно, что измельчение зёрен феррита зависит от размеров зёрен рекристаллизованного вустенига и конечной температур рекристаллизации, но так же и от суммы деформации, получаемой нише этой критической температуры, когда зёрна аустенита будут вытягиваться, образуя много участков центров кристаллизации перлитной фазы, что возможно при температуре нагрева на уровне Н50°С и общей деформации в районе рекристаллизации аустенита около 7С$.

Основной задачей исследования было: при прокатке слябов к стали -л эь за счёт улучшения микроструктуры проката при контр лпруемых режимах нагрева и прокатки получить механические свое ства листа, соответствующие химическому составу стали -X 60.

Соблюдение оптимальных условий выплавки и разливки стали должно было обеспечить постоянство свойств слябов заданного хи мического состава, идущих на контролируемую прокатку при минимальном содержании в них сер.ч, фосфора, годородв и азота (см. табл. I). Температура нагрева должна была быть не более 1230°С при начальной температуре слябов в черновой клети 1100-П50°С. Конечная температура нетвллэ вмяв зрг.знэ 750°С (посла чистовой прокатки). Обеспечивались степень обжатия металла при черновой и пои чистовой прокатке не менее ¿-кратной с целью получения в прокате измельчённых ^ерритных зёрен для повышения упругих свойств металла.

Опытные плавки по химическому составу соответствовали

■ледующим маркам стали: плавка № 2 соответствовала марке стали X 60, плавка №. 3 -X 52, плавка N2 4 -X 56, а плавка № I, в ос-овном, соответствовала стали -X Ы), но имела повышенное соде-жание серы, фосфора и алюминия (табл. I),

Таблица I

Химический состав опытных плавок, вес. %

Плавка № С ' Гмп I [ Р ! Si F AI f 1 t ñ V

I 0,12 1,38 0,030 0,030 0,31 0,07 0,052 0,08

2 0,12 1,49 0,021 0,021 0,33 0,02 0,041 0,045

3 0,10 1,01 0,030 0,025 0,24 0,03 0,032 0,039

4 0,12 1,21 0.01» 0.017 0,25 0,01 0.039 0.047

В таблице 2 поквзвны механические свойства труб и листов, щределённые заказчиком. Таблица 2

Усреднённые механические свойства труб и листов (для труб - числитель, для листа - энвненагель)

итнйси- I-Рабй*й У Дера

Дж

1 -20°С

77. 52

(для труб - числитель, для листа - энвыена!

предел I падение 1 предел ! итноси- I Ре

теку- пределе 1 проч- I тельное I

чести текучести I ности I удлинение.-!—к—

(ЫПа) I (НПа) I (МПв) 1 % I 0°С

»76.5 28 5 30д5 145

505,0 ' 589 30,3 73

Все пленки имели механические свойства, соответствующие зысоким маркам трубных сталей. Отношение предела текучести к 1ределу прочности было выше 0,85, что обычно получают в степях с мелкоперлитной структурой.

Все параметры прокатки были определены из расчёта выползни ой математической модели. Несовпадение фактических температур металла в процессе прокатки с расчётными составило 0,15,3$, что указывает на высокую точность выполненной модели.

Одним из главных параметров, определяющих весь режим прокатки, является падение температуры металла в клети. Эта^вели-чина в черновой клети колебалась в пределах 67-87°С и в чистовой клети от 112 до 146°С. Однако разница в падении температуры в конечном проходе была незначительной, в пределах 19-20°С при колебаниях температуры начала конечной деформации от 779 до 7U7°(J. яти показатели соответствовали заданной температуре начала чистовой прокатки: 900,-850, 850 и 800°С.

Время задержки подката между клетями зависело от разности температур конца прокатки в черновой клети я начала прокатки в чистовой. Падение температуры заготовки 250x1500 составляло

1,07-1,08 в минугу, в заготовки 200x1500 - 1,37-1,13°С в минуту. Отсутствие устройств для ускоренного охлаждения металла снижало производительность стана. При этом особенно существенными были потери времени при задержке заготовки перед черновой клетью, где падение температуры металла составляло: для заготовки 250x1500 - 0,4-0,35 °С в минугу и для заготовки 200x1500 -U,44°C в минуту. Однако в этом случае возможно охлаждать заготовку при задержке на гидросбиве.

Исходя из температурного режима подбирался и режим обжатия раската. При прокатке плавки Hs I относительные обжатия в проходах черновой клети составляли 12,0-23,5$, а в чистовой -4,5-20,0$ и были явно недостаточными для конкретных температур прокатки (II5U°G и 900°С - на входах в клети). 8ти обжатия не обеспечивали получения заданной структуры металла с точки зрения размеров зерне, Снижение температуры прокатки на 50°С в плавке I!» 2 до 850°С на входе в чистовую клеть позволило получить при тех же относительных обжатиях мелкозернистую конечную структуру листа. Отношение толщины подката в черновой клети к толщине подката в чистовой клети составило 3,08. В плавках №3 и Hi 4 относительные обжатия в черновой клеги составили 8,527,0>, а в чистовой клети 2,5-28,0%. Отношение толщин подката в клетях составило 3,6-2,е>. Возможно было увеличить это соотношение за счёт повышения обзпагия в черновой клети. Однако и в проведенном режиме прокатки были получены заданные механические характеристики листа.

исследования микроструктуры сталей показали наличие в листах большого числа мелких зёрен феррита размером «8-1 Zjxm в марках -л ьи и -а ь5 и размером «12-15в марках -X 52 и -Х5Ь. Для сталей такого же химсостава, прокатанных по обычной технологии, характерен больший размер зёрен.

Анализ полученных результатов показал, что лимитирующим фактором лля всех сталей API при контролируемой прокатке является относительное удлинение (<$°). Для всех сталей начальная температура конечной деформации не должна быть выше 730°С. Для сталей -X ь5 она лимитируется гемпервтурой 720°С по продольному относительному удлинению (£*).

Были проведены испытания труб с применением различных по величине переменных пластических напряжений и определены пределы текучести для всех деформаций.

При изготовлении труб трёх-вллковыы способом изгиба о последующей сваркой шва под флюсом потеря предела текучести, по данным заказчика, составила величину около 3 кг/ми2 («30 ЫПа),

что соответствует характеристикам стали -X. 65. При этом и другие механические свойства труб соответствовали этой же марке. Все свойства сварного шва труб после сварки были вьше, чем у тела труб, что подтверждает хорошую свариваемость металла. Все данные заказчика соответствовали трубам диаметром 610 мм, толщиной 12 мм.

Разработка технологии производства толстого листа из высокопрочных мэрок сталей с повышенными механическими характеристиками. Углеродистые и низколегированные стали, применяемые для производства толстого листа на Бхилайском и Руркельс-ком метзаводах в Индии, имеют как в горячекатанном, так и в нормализованном состоянии феррито-перлитнуо структуру. Применявшиеся прежде температурные режимы прокатки: высокий нагрев слябов под пронатку (I250-1280°С), относительно высокая температура завершения деформаций в чистовой клети (^Ю00°С), режим обжатий, низкие скорости охлаждения листа - способствовали при прокатке рядовых сталей формированию крупнозернистой феррито-перлитной структуры металла. Дополнительная термообработка -нормализация - только частично измельчвла. конечную структуру и стабилизировала механические свойства плит, не внося каких-либо принципиальных различий в структуру металла и механические характеристики листа.

Наиболее эффективным способом упрочнения сталей является упрочнение за счёт их. легирования, за счёт создания условий для выделения карбидов, нитридов, кврбонитридов и за счёт измельчения конечной структуры.

Широко применялось раньше легирование стали для получения заданных механических характеристик листа. Однако в индийских условиях использование легирования стали нецелесообразно по экономическим соображениям. Выгодно лишь низкое легирование с оптимизацией основного химического состава стали.

По индийскому стандарту 13-961 выплавляется сталь двух марок 540 МИТ и 570 НТ, что означает: высокопрочная для серных конструкций и высокопрочная не для сварных конструкций. В основном выплавляется сталь Листы толщиной более 12 ми подлежат нормализации.

Разработанная также под нашим руководством в нвчвле 1980-х голов низколегированная сталь Руркельского завода (ЦО^ТАЬ), которая сейчас известна под маркой ЭИЬМА (сталь ЗА11.-низколегированная, ШЬ - название нашей корпорации), производится на Бхилайском метзаводе. Следует также отметить, что листы толщиной более 20 мм нормализуются.

йадачи улучшения технологического процессе производства листа вышеуказанных марок сводились, в основном, к оптимизации химического состава стали и процессов термомеханической обработки, что обеспечивало бы повышение механических свойств прокате, снижение расхода легирующих элементов и ферросплавов, уменьшение энергетических затрат на производство. Стали St -540 WHT и St-570 НТ представляют собой низколегированные стали с высокими механическими свойствами. Основным легирующим элементом в этих сталях является хром;. Содержание Сг в стали в сути с Un не должно превышать 2$. Среднее содержание Мп составляет 1,5>, т.е. содержание Сг должно быть на уровне 0,4 -0,5$. При содержании Si i стали на уровне 0,3-0,4$ и-содержании углерода на нижнем пределе 0,16-0,17^ (для стали Si-540 WHT) должны достигаться требуемые механические свойства проката. Обычно марганец в стали поддерживали на нижнем пределе, а заданные механические свойства стали обеспечивались повышенный содержанием хрома.

На заводе были проведены следующие экспериментальные работы: выплавлены стали 5f"-540WHT с различным химическим составом, затеи непрерывнолитую заготовку прокатали по различным режимам, подвергли нормализации и провели всесторонний анализ результатов, что позволило предложить и внедрить оптимальную технологию производства.

Химический состав стали в ковше был следующим, в %(вес.), (числитель - базовая плавка, знаменатель - опытная): CSt Mn Si AI Сг ОД? U,021 0,027 1,21 0.35 0,04 0.53 0,18 0,021 0,041 1,53 0,35 0,04 0,45 После прокатки и последующей нормализации были определены механические свойства листа базовой и опытной плавок (табл. 3):

Механические свойства листа

Механические свойства после прокатки после нормализации

базовая i опытная базовая I опытная

Предел текучести

( YS ), МПа 350 426 343 393

Предел прочности

(UTS), МПа 512 652 497 589

относительное

удлинение, % 27 23 28 22

Прокатка плит производилась по следующему режиму темпера-

-II): нагрев заготовки - I2í>0°C, начало прок-агки в черновой клети Ю°С, температура листа после последнего прохода - 870-900°С.

Микроструктура листе толщиной 20 им из слябов опытной пвр-I про«чтки имела псрлчтную структуру с зёрнами феррита по гра-1пм. Микроструктура нормализованных плит по составу мало отлилось от ррокаггнных.

Сравнение микроструктуры базовой плавки с описанной микро-ivKTypofi onfc'Tüoíi г.лзвкм показ^зс'т, что при одинаковой разме-зпрна поел? нормализации количество фэррята в ней было боль-'5. Можно сдзлать однозначный вмвод о том, что повышение меха-ческпх свойств плиг в опытной плавке связано с увеличением в руктуре стали количества мелкозернистого перлита. Тенденция к ^тральной сегрегации во всех плавках, проявившаяся и в линей-сти структуры, являлась нежелательной и свидйтельствовалв о неходимости дальнейшего снижения и контроля температур процесса избежание перегрева металла.

Проведенная нормализация листа из опытной плавки не улу.чши-структуры металла, что подтверждается также сравнением меха-ческих свойств бтзовой и опытной плавки.

вчшеизлощенное по производству сталей IS-9bI позволяет елзть следующие выводы:

- .'.омический состав сталм St-34U "WHT может быть оптимизирован грелело;: стандарта 15-9Ы; содержание С а Мп следует поддержи-ть нр. максимальном уровне U,I8-U,I9/í> и 1,55-1,60$ соответствен>; при это« содержание Сг могет не превышать 0,35-0,

- тсгмпевптурв нагрева непрерывнолнтой заготовки должна быть .и-"..н? до I2UU-I250°(J при конечной температуре прокатки в прела/ д}и-*еи°с;

- шстн толщин oí т. о 20 мм (а не до 12 мм, как указано в станете) по соглосотни1" с потребителем могут поставляться без >рма чизэшш.

В сргвчени.1 с трубим'*и марками стали, легированными, квк и 'эли 5/üLMA, V и f/t, при близком содержании Mrj, стали SAILMA 5еют повышенное содержание С - до 0,2%. Это повышает их прочно-сные характеристики, но снигает предел текучести и относитель-зе удлинен'! я.

В сравнении со сталью IS-96I, из сталей SAILMA как обязате-¡■'пя лигатура исключён Сг, и получение более высоких механичес-;i;. свойств достигается снижением содержания S и Р и улучшением эхнологии производства стали и оптимизацией режима прокатки.

Химический состав стали ЗА1ЬМА-4Ю отличается от составе стали 5А1ЬМА-250 только наличием V. Яго делает сталь дороже, но позволяет повысить её прочность и предел текучести.

Получение высоких механических свойств стали достигается путём строгой оптимизации структуры стали, размеров зерна, гомогенизацией структуры и состава проката. Получаемые структуры феррито-перпитных сталей, как известно, зависят от процессов кристаллизации аустенита и его превращений, зависящих, в свою очередь, от размеров зерна аусгенита, гомогенности структуры, содержания углерода и влияния других элементов.

Прокатку можно вести скачала в аустенитной области, затем в двухфазной области и, наконец, вс£-области, где происходит только термомеханическая обработка.

Для исследования свойств сталей были взяты три пробы из различных плавок следующего химического состава:

Таблица 4

Химический состав сталей, предназначенных лЛл исследований, % вес.

[Тслов-Мзрка , ное

Химический состав

, --- , --г-г-.

; наче- С ! Ип ! Р ! 5 ! Б/ ! ^ ! Я

НИИ ! 1 1 I II

стали ! ' ' Г~! Г~~Т

__ние ! ! ! ! " I " 1 1

6А1ЬМЛ-350 в 0,16 1,28 0,016 0,030 0,28 0,036 0,04 ЙАШ.1А-350 Н 0,18 1,27 0,023 0,024 0,25 0,037 0,01 ЗАШДА-55и I 0.20 1.45 0.019 0.033 0.52 0.042 0.02 Для каждой стали были определены диаграммы превращений при различных скоростях охлаждения. Фазовые переходы исследовались дилатометрически, металлографически и определением твердости по способу Биккерса (НУ). Образцы нагревались в индукционной печи в вакууме и охлаждались в атмосфере чистого азота. Критические точки Аг^ и Аг^ определялись при очень медленном нагреве образцов (0,03-0,05°С/сек.). Пробы нагревались до 900°С, ээтем выдерживались до получения гомогенной структуры и охлаждались линейно с различными скоростями до 200°С.

Температуры превращений вычислялись исходя из того, что все неравномерности в режиме изменения скорости расширения образцов количественно корреспондируются с объёмным процентом рекристаллизации аусгенита. Начало фазовых превращений и их соответствие температурам рекристаллизации вычислялись по ?з-писяи кривых расширения металла при изменениях температуры там, где изменения в показаниях отличались от линейных.

Эти данные позволили получить участки диаграмм изменения

змпературы металла во времени, ограниченные кривыми начала и онца фазовых превращений.Все исследования твёрдости образцов оррелировались во времени с данными дилатометрии и металлогении .

Поскольку в плавках G, Н в сравнении с плавкой I содержа-не Мп и Si было ниже, то влияние последних не значения точек и Агз можно было бы определить. В то же время их влияние зменяет величины Аг1 и Ар2 в разные стороны, что практически зключило их влияние, но при этом усилилось влияние содерха-ия в сталях С и IVí). Это проявилось в снижении величины Arj ри повышении содержания С и Ш>.

Влияние химического состава стали особенно проявилось ри анализе изменения величины начала царгенсигного превращали. Вообще увеличение содержания в стали С, как и Nía, должно ривести к уменьшению величины М5. Однако в стали I в сравне-ии со сталью N мы наблюдали существенное увеличение М5. Это вязано с тем, что большое число фракции НЬ, выделяющегося из вёрдого раствора, образует карбиды и карбонитриды ниобия, меньшая содержание углерода в аусгените, что повышает значе-ие величины М5.

Нанесённые на диаграммы результаты определения твёрдости 5резцов показывают на повышенную твёрдость стали в областях 5разоввния мартенситной и бейнигной структур при повышенных коростях охлаждения. При этом повышение в стали содержания С легирующих элементов сдвигает эти области в сторону снижения коростей охлаждения, при которых аустенит превращается в фер-ит и перлит. Измеренные твёрдости сталей полностью корреспон-ируются с их микроструктурами.

Контролируемое охлаждение плит после конца прокатки до эмператур 600°С со скоростью, превышающей 25°С/сек., с после-ующим медленным охлаждением приводит к образованию мелкой фе-риго-перлитной структуры. При этом следует, что прокатка дол-ia быть закончена выше температуры Аг5 820-850°С, т.е. в рай-ie частичной рекристаллизации аустенита. Тогда превращение пёт из удлинённых и рекристаллизованных зёрен аустенита, что эзволяет получить мелкозернистую структуру феррита. Если про-зтку вести ниже этих температур, то деформация феррита проис-эдит без процесса рекристаллизации.при образовании твёрдых -te локаций.

Для определения влияния на качество стальных листов тем-;р8турных режимов прокатки пять опытных слябов марки SAILMA-50 были прокатены в диапазоне температур П50-800°С при тем-

пературе нагрева 1200°С при выдертае 4 часе. Прокатанные из слябов листы имели мелкозернистую микроструктуру, обеспечившую высокие механические свойства листа по всей толщине и ис лючающую образование дефектов.

В случае с повышенной температурой конца прокатки, в ср вненпи с другими заготовками, - 852°С - получение мелкозерни той структуры достигалось высокими степенями обжатий при чис тобой прокатке - до 20,4$. При низких степенях обжатий в чис вой клети (8,8-2,7$) мелкозернистую структуру получали при т иперагуре конца прокатки 803°С.

Разработка технологии производства высококачественного голстолистового проката из котельных сталей. Высокие требовэ ния к котельным сталям, с точки зрения условий их работы в ж стких физических условиях (высокие перепады давлений и широк диапазон рабочих температур), а также экономические соображе ния в вопросе легирования сталей дорогостоящими ферросплавам привели к разработке группы углеродисто-марганцовистых микро легированных сталей. На БМЗ выпускаются следующие марки коте льных сталей:

AS1M-A5I6 - для работы при низких и умеренных температурах ASTM-A5I5 - для работы при средних и высоких температурах, IS-2U02 - также для работы при повышенных температурах, ра работанная с нашим участием.

Выпускается лист толщиной от 8 до 50 мм.

Технология выплавки, обработки и разливки стали A-5I6 должна обеспечивать получение мелкозернистой структуры аагот вки с нормализацией или отпуском при толщине листа более 38м Для стели А-515, без оговоренности специальных требований, д пускается получение крупнозернистой вустенитной структуры* Лист толщиной до 50 ми может поставляться без термообработки а толщиной более 50 мм должен подвергаться нормализации» Кс тельные стали IS-2002 должны быть спокойными. Paeuep зерна вустенита в слитке или заготовке должен быть в пределах 2-5. Листы толщиной более 12 мм должны быть нормализованы.

Стали A-5I5 и A-5I6 должны содержать: Мп - 0,55-1,30%, Р шах - 0,35>, S тах - 0,040$ и Si - 0,13-0,45% при содержал С 0,20-0,33/о. Содержание Мл и С возрастает с увеличением тре бований по механическим характеристикам стали. Химический со став стали IS-2Ü02 близок к химическому составу сталей A-5I5 и А-51е>, что при соблюдении заданных условий по выплавке и разливке стали в сочетании с оптимальным режимом прокатки об спечиваег получение соответствующих стандарту механических

свойств.

Однако температурный интервал применения отели 15-2002 требовал изучения пределов ползучести и длительной прочности материала, что является одним из главных условий, необходимых для применения листа в области высоких температур. Этот вопрос является очень важным и с той точки зрения, что по своему химическому составу сталь 1Б-2002 не относится к классу жаропрочных сталей при отсутствии в ней таких легирующих элементов как Л1!, Сг, Мо и т.д. Стали такого:сос4ава успоквиваютоя при-садкеии или ¿1. При Зюи следует учитывать, что применение А1 является предпочтительным, т.к. способствует удалению // быстрее, чем 3\. в обоих сйучаях положительную роль играт выпадение из твёрдого раствора нитридов 51 и Мл. На свойс!ва ползучести таких сталей влияет присутствие нитридов Ми, упрочняющих твёрдый раствор, и в меньшей степени - выделение С-Ып из раствора.

Для определения свойств ползучести стали 1Э-2002 были прокатаны непрерывнолитые заготовки на листы толщиной 25 мм. Прокатка производилась в обычном режиме. Исследовались 4гря плавки различного химического состава (табл. 5):

Таблица 5

Химический состав стали марки IS-2002, f> вес.

Плавка С Мп S1 Р S

I 0,17 1,4) 0,18 0,035 0,037

2 0,21 0,70 0,1^ 0,033 0,023

3 0,23 1,20 0,12 0,035 0,023

USpasiu из центральной части листов проходили испытания на универсз1ьной испытательной машине "Itisiron" при температурах от 21) д» 50U°C. При этом определялись: предел текучестй, предел прочюсти, остаточное удлинение и сужение поперечного сечения обрЕзца в районе разрыва. При комнатной температуре (для двух пгавок) определили энергию удара (по Шврпи) - Хяя поперечных и продольных образцов. На установка для длительных испытаний определяли предел ползучести до разрушения образцов при различных температурах и нагрузках со временем испытаний IUUO, 3UUC) и 10 OUO часов. Затем образцы исследовались методами оптическо! металлографии.

На рис.1 показано изменение предела текучести и предела прочности об)азцов при изменении температуры испытаний. Результаты испыпний на разрыв приведены на рис. 2 ( Рассмотрение кривых и сравнение их с химическим составом

8 oof

600

плавка. - - - •

пла'гкз -плавка

3 : А

wo zoo 300 40о 5оо

Температура, Т, °С

Рис.1.¡зависимость между прочностными характеристиками С-Ып стали и темпера турой испытаний.

I &

i i

s

I «

!

s

е- - шш i

СП »

Рис.2.Зависимость между характеристиками пластичности С-Ып стала и температура« и спита тай-

;тали позволяет сделать ряд выводов. Для всех образцов характерно снижение характеристик вязкости- при повышении температуры, с минимальными значениями этих характеристик при температуре 200°С. При это.т в стали, содержащей меньшее количество /глеродп (плавка I - 0,17%), область хрупкого разрушения не зтоль ярко ¿ыра.»ена, чем в сталях с более высоким содержанием (гглеродэ (плавка 2 и > - 0,21 и 0,23/<0.

Дальнейшее увеличение температуры испытаний до температур '-ЮСМ5ииС улучшает пластические свойства стали. При этом различие содержания Ми ч стали (.в чливках 2 и 3 - 0,7-1,2» соответственно) не сказывается на этом процессе. Сталь получает чикроструктуру, типичную для отпуска, с выделением дисперсных '{¡зрбидов, расположенных по грччицаг бывших аустенитнчх зёрен. Процесс их коагуляции при температурах 400-450°С снижает снова пластические свойства стали.

Сравнение, данных по ударной вязкости при комнатной температуре плавок 1 и 2 подтверндаег влияние содержания в стали углерода на этот показатель. В стали плавки 2 с более высоким содержанием углерода ударная вязкость вше, несмотря на пониженное содержание в стали марганца.

Для плавки I испытания на ползучесть проводили при температурах 400, 450 и 500°С, а для плавок 2 и 5 при температурах 450 ц 5Ш°С. Рассмотрение кривых ползучести полазало, что при 400°С разрушение образцов происходило при достаточно длительных периодах испытаний при высоких нагрузках. Это свидетельствует о действии упрочнения нитрилами марганца в твёрдых растворах. Начало третьей стадии ползучести во всех плавках при температурах около 4ЬО°С мохно объяснить выпадением из раствора нитридов кремния и марганца, уменьшающим их упрочняющее действие в твёрдом растворе.

Зависимость между временем разрушения образцов и прилагаемыми непряжениями подтвердила ограничение пределов температуры исповьзованич данных сталей - 400°С.

Исследовались такие микроструктуры образцов в зона разрыва, вне зоны рэзрыгв и в отдалении от зоны разрыва. Образцы имеют фрррито-перлитную структуру. В районе разрыва при всех температурах хорошо видно большое число "текущих" зёрен, что указывает на характер рээруиэния о-двиго?» (скольжением). Перерождённые зёрна перлита (.пластинчатой формы) заметны только при температуре 500°С. Повреждения структуры вдоль границ зё-рчч в виде трещин не видны ни в одном из образцов.

йссдедование дефектов готового металлопроката ответствег ного назначения и разработка мероприятий по повышению его кас ства. Анализ данных по качеству листового проката показывав! что дефекты, связанные с качеством слябов, составляют основнз массу гефектов. При этой главную часть дефектов составляют II Шины, рыхлость и неметаллические включения. Анализ дефектов, связанных с качеством слябов, показал следующее соотношение г фектов, включая дефекты, выявленные при ультразвуковом контре ле: паукообразные трещины - ЫуЪУоу продольные трещины - 30,6?! трещины по кромке - 16,5$, неметаллические включения - 10,4%.

Дефекты проката включают в себя, в основном, вйятины и впавы, образующиеся при зачистке слябов ('Щ£>), а такие дефек! по геометрии проката и качеству обрезки. Около 5% листа переводится в рядовые мерки стали по "пханическиц свойствам, не с ответетвующим стандартам.

Были проведены исследования группы плавок по выявлению причин, вызывающих те или иные дефекты. Исследовались плавки сталей ШША-350 и сталей 15-2002.

Паукообразные трещины наблюдались не поверхности толстых плит и представляли собой переплетения продольных и поперечны трещин на площади 2%х20 мм. Группы таких трещин имели глубину до 3 т. Анализ причин отбраковки листа по паукообразным трещинам выявил зависимость их наличия от содержания в стали ахш ииния и азота, а также от тпмпературы металла в промковше при непрерывной разливке. Это, очевидно, является следствием выде ления больших скоплений нитридов А1, выделяющихся из твёрдого раствора при охлаждении металла. При низком содержании алюминия содержание азота будет оказывать доминирующее отрицательное действие. Повышение температуры металла в промковше выше оптимальных (т.е. на Ю-20°С выше температуры ликвидуса) приводило к повышению отсортировки плит по этому виду дефекте. На поражённость литых слябов и листа паукообразными трещинами оказывает влияние также неоднородность температурного поля по верхности (по периметру) разливаемых слябов, а также цикличность нагревов и охлаждений участков поверхности сляба при ег движении в зоне вторичного охлаждения.

При анализе влияния химического состава плавок рассмотри ваемой группы на переводы в пониженное качество по дефекте« типа "продольная трещине" было установлено, что этот дефект зависит от суммарной концентрации вредных примесей (серы, фос фора). Их содержание должно быть минимальным (не более 0,05% в сумме).

С целью уяснения причин появления дефектов типа "неметаллические включения на'поверхности" проводились наблюдения за ходом непрерывной разливки плавок текущего производства« Сопоставление скоростного режима и качества литых слябов и соответствующих плит позволило констатировать, что подавляющая часть дефектов типа "неметаллические включения не поверхности связана с резкими изменениями скор'остного режима вытягивания слитка при смене стальковша, промковша, разливочного стакана.

Трещины на кромках плит выявляются после их обрезки в виде трещин протяжённостью до 2Ш мм, глубине их распространения вглубь плиты достигает в отдельных случаях 15 мм. Для выяснения причин образования трещин на кромке проводились металлографические исследования листового проката. Макроструктура исследуемых листов характеризовалась развитой зоной осевой химической неоднородности (ликвации) как по углероду, марганцу, твк и по сере.

При иикрострукгурных исследованиях было установлено, что в осевой зоне плит наблюдается повышенное количество перлита (по сравнению с остальными зонами), а также отдельные участки бейнитной составляющей; характерна также для осевой зоны высокая сосредоточенность вытянутых в направлении прокатки сульфидных включений. Следует, по всей видимости, связывать образование трещин на кромках с возникновением растягивающих напряжений в направлении толщины плиты при её обрезке и с недостаточной деформационной способностью осевой зоны плит, полученных из непрерывнолитой заготовки.

Поверхностный дефект определённой глубины в слябе при прокатке трансформируется в соответствующий дефект плиты глубиною, в первом приближении, пропорциональной коэффициенту вытяжки. В го же время допуски по толщине плит увеличиваются для толстых плит не пропорционально их толщине-. В связи с этим считается, что ремонт поверхности слябов перед прокаткой эффективнее ремонта (зачистки) толстых плит. Учитывая сказанное, в условиях БМЗ на группе контрольных'плавок изучалась возможность уменьшения отбраковки плит по поверхностный дефектам за счёт ремонта (зачистки) непрерывнолитых слябов.

Полученные результаты свидетельствуют, что тщательная инспекция и ремонт Сзачистка дефектов) слябов позволяет практически полностью исключить отбраковку плит по продольным трещинам и снизить отбраковку по неметаллическим включениям на поверхности плит.

Согласно разработанной программе исследований была про-

-2U-

ведена серия опытных плавок, технологические параметры которых обеспечили содержание серы б стали 0,017-0,018%, азота 0,007-utuub/a и фосфора и,0277о. Продолжительность выпуска плавок составляла 5-7 минут. После завершения выпуска плавки синтетичес«-кая смесь, загруженная в ковш> покрывала зеркало металла и представляла собой гомогенный, хорошо уваренный шлаковый слой.

На установке обработки стели аргоном спустя 5 мин. проду-Еки,на основе показаний замера уровня окисленности расплава и содержания углероде на поввлке проводилась корректировка состава металла вводом алюминиевой проволоки. Содержание алюминия в готовой стели определено в пределах 0,02-0,04$.

Перед разливкой опытных плевок проводился осмотр оборудования MHJI3 с целью уточнения его состояния, и при необходимости проводилась дополнительная настройка узлов машин непрерывного литья заготовок. Температура разливки соответствовала оптимальной для их химического состава. В процессе разливки опытных плавок обеспечивалась равномерная подача шлаковой смеси в кристаллизатор, были сведены к минимуму колебания уровня металла в кристаллизаторе, поддерживались стабильные режимы вторичного охлаждения. Для всех опытных плавок фиксировались скоростные режимы.разливки.

После охлаждения и порезки на длины в соответствии с заказами U1U производился осмотр поверхности и торцов слябов опытных плавок. Бее слябы опытных плавок не имели грубых дефектов; имеющиеся не поверхности отдельные дефекты были ликвидированы. Тщательный ультразвуковой контроль не выявил дефектных участков ни в одной из контролируемых экспериментальных плит.

Металлографические исследования показали, что макроструктуре слябов плотная, без следов осевой рыхлости и осевых трещин; не наблюдались твкке трещины, перпендикулярные узким и ши-рекпм граням,' дендриднал структура выявлялась слабо. В осевой зоне имел8 место ликвация углерода и марганца. Характер ликвации - слабый и прерывистый. Макроструктура плит рассматриваемых плавок имела плотное строение, трещин и шлаковых включений не наблюдалось.

Микроструктура плит экспериментальных плавок в нормализованном состоянии феррито-перлитная. В поверхностных зонах равномерное расположение перлита, по мере приближения к осевой зоне усиливается перлитная полосчатость. Величина ферритного зерна для плит толщиной 45 мм, оцененная по стандартной шкале ASTM, составили 7-6 баллов в осевой зоне и 9-7 балловв поверхностной.

Металл всех опытных плавок обеспечивает нормированный уро-

вень ударной вязкости (2] Дж) по результатам испытаний при комнатной температуре, при \Яс и при -20°С со значительным запасом. Уровень концентрации вредных примесей на опытных плавках не позволил получить требуемого стандартом значения работы разрушения образца при испытаниях металла опытных плавок при температуре -40°С. Это, очевидно, связано с существенным снижением вязкости металла в осевой зоне толстых плит по сравнению с поверхностной зоной. Состояние указанной зоны характеризовалось нгличием некоторой химической неоднородности (увеличонием концентрации углерода и марганца), небольшой структурной неоднородностью (.увеличением доли перлита), более грубой фэррито-перлитной структурой, в также сосредоточением сульфидной фазы.

Для дальнейшего повышения уровня ударной вязкости в более жёстких условиях (V - образный надрез, температуре испытаний -40°С, толщины 56-63 мм) необходимо снижение вредных примесей ниже уровня: й = 0,015%, Р = 0,020%, а также получение более дисперсной конечной феррито-перлигной структуры. Для обеспечения ударной вязкости в осевой зоне толстых плит, дополнительно к сказанному, необходимо снижение степени осевой химической неоднородности плит, а следовательно слябов, а также изменение морфологии сульфидных включений от пластинчатой к глобулярной.

Развитие технологии нормализации и разработка оптимальных схем тзрмоупрочнения листового проката. Широкий разброс тем-ператур.ч конца прокатки при обычной работе стана приводит к аналогичный колебаниям рвзмерз зерна и различиям механических свойств листа по длине и ширине. 'Этому также способствуют колебания химического состава проката из непрерывнолитой заготовки, что вмзывает появление строчечной структуры металла. Неоднородность размеров зёрен и строчечная структура приводят к снижению ударной вязкости при комнатной и отрицательной температурах и развитию процессов старения металла. С учётом этого ствн "ЗьОО" оборудован устройствами для термообработки листе, что позволяет улучшить структуру и механические свойства Металла.

При обработке сталей, легированных ванадием и ниобием, высокая температура нормализации требуется для растворения карбо-нитридов в аустените с целью получения мелкодисперсной структуры при медленном охлаждении. При низких температурах нормализации будет иметь место коагуляция карбидной фазы и эффекта получения дисперсно» фазы не будет.

Нужно для любой марки стали подбирать оптимальный температурный режим, с точки зрения энергозатрат, но обеспечивающий

таккз фазовую рекристаллизацию вустенига и позволяющий получить желаемые механические характеристики листа. В соответствии с этим была исследована совместная эффективность влияния температуры и выдержки металла при этой температуре на механические свойства листового проката. Кроме того, были исследованы новые технологические схема термообработки проката применительно к условиям Бхилайского метзаводв.

Плиты марки 15-2062 являются самой массовой продукцией стена "3600". В 1990-91 году их было произведено 320 тыс. тонн из общего производстве 760 тыс. тонн, или 42,1%. В связи с этим проблемы, связанные с качеством этих плит, чрезвычайно важны для Бхилайского метзаводё. Очень веяным является определение возможности и разработка технологии термообработки по такому повышению их механических характеристик, которые позволили бы земенить в кекой-ю степени меркой 13-2062 высокопрочные легированные марки проката.

По своему химическому составу эта мврка близка и к другим, производимым на БМЗ, углерод-мвргенцевым маркам стали, но имеет в сравнении со специальными марками несколько пониженные механические характеристики как по прочности, так и по пластичности (табл. 6). 8ео делает возможным в ряде случаев придать листам этой марки механические характеристики, близкие к характеристикам высокопрочных ствлей.

Слябы промышленной плавки 250x1500x2500 из стали 1£-2062 были прокатаны на листы размером 16х2ь00х1900 мм. Сталь имела следующий химический состев: 0,21% С; 0,92% Мп{ 0,32% ; 0,022?» 5; 0,029% Р.

Результаты испытаний механических свойств листов после прокатки и различных видов термообработки приведены в табл. 6.

Применение режима прокатки с температурой конечной деформации 754°С и с высокой степенью обжатия в чистовой клети обеспечивало получение толстолистового проката с механическими характеристиками, соответствующими стандарту, что позволило исключить, по согласованию с потребителями, процесс термообработки листа. Полученные результаты показывают, что механичос-кие свойства стали К-2062, огозорённые соответствующим стандартом, обеспечиваются при всех опытных режимах негрева под нормализацию, т.е. в интервале температур 750-950°С.

Оптимальной температурой нормализации для стали 15-2062 можно считать температуру 875°С, т.к. она обеспечивает верхний уровень прочностных свойств.

Таблица 6

Механические свойства стали -2062 после прокатки и различных видов тярмообработки

И

i !Ша

1 Термооб- Г

t * rsnrt nrntta • f

|MIla {

г лдарная вязкость при""^ Ъ iK0™f~f 0°с |-20ос|-ад°с

nj рзботка

!

Нормализация:

750°С 472,1 298,5 28,0 137,0 111,8 68,7 41,9

775 ÜC 487,6 3U6,I 30,0

яии°с 479,7 296,2 27,5 22,9 23,5 7,8

825 493,1 319,8 27,7

850°С 504,2 325,9 27,3 77,8 34,0 6,9

875 °С 504,2 334,5 28,3 45,1 28,8 5,2

900°С 489,9 330,7 28,0 77,2 43,2 17,0 4,9

925°С 501,9 342,3 28,0

950°С 504,2 332,7 27,0 62,1 22,2 15,7 ö,2

Закалка:

от 775°С 552,3 421,5 21,5 30,7 11,1 4,3 3,9

от 9Ш°С + отпуск 6 минут

555,2 394,4 18,5 87,6 73,2 5,2 4,4

от 900 °С + отпуск 8 минут

5 25 ,8 372,8 гг,и 143,2 131,5 129,5 80,4

После прокатки:

'68,U 275, U 26,U 47,0 18,0

5 целом, нормализация от 75и°С стали указанного химическо-э состава обеспечивает достаточно высокий комплекс механичес-и: свойств (.6 = '+72,1 МПа, = 298,5 МПа, относительное уд-■шение = 28?« и ударная вязкость при температурах испытаний О, 2D и -40°С соответственно 111,8, 68,7 и 41,97).

Ударная вязкость образцов, нормализованных при 875°С, за-зтнэ ниже, чем ударная вязкость образцов, нормализованных при ?ис'С, и составляет 45,1, 28,3 и 5,27 при температурах испъиа-ail U, -2U а ~чU°C соответственно. Однако такой уровень ударной язкосги в сочетании с повышенными характеристиками прочности 6В = 504,2 МПа, = 354,5 МПа и относительным удлинением =

является более удовлетворительным для большинства потре-ителей стали IS-2062, а режим термообработки - нормализация I температуры 375°С - наиболее перспективен для практического зпользования.

Были также проведены исследования микроструктуры металла ри различных температурах нормализации. Нормализацию произво-

дила ^ диапазоне температур 750-950оС с интервалом 30°С. До к ждой температуры нагревалось два образца, один из котооых эат эаквлиьатюя р 20/'» соляном растворе, а другой охлаждался ке во: духп. Рассмотрение микроструктур образцов показало.следующее;

- образцы, нагретые до температур 951>-8ьО°С и затем закалё' иные, имеют ¿¡артенситную структуру при содержании феррита 10157»; при снижении температур нагрева до 830-750°С содержание феррита увеличивается до 40-50/»;

- при анализе шлифов незэкалённых образцов показвио, что в высокотемпературной области рекристаллизация аустенитв достиг! ет 85-90$, а в двухфазной 40-50$;

- определение твёрдости образцов, зввисящей от минрострукт; ры металла и прямопропорционвльной его механическим характерш тикам, подтвердило оптимальность температуры нормализации для данной марки листа - У7и-880°С.

Планом развития толстолистового стана "3600" БШЗ предусмотрено расширение участка термической обработки листового проката с установкой второй нормализационной печи и закалочко-отпускного агрегата. В свяэй с этим опробован также режим закалки листа из иежкригического интервала температур, из двухфазной области. ООразцы той ке стали 15-2062 нагревали до температуры 775°С в течение 25 минут и охлаждали в масле.

Механические свойства стали 15-2062 после закалки из межкритического интервала температур (775°С) характеризовались очень высоким (для данного клвсса сталей) уровнем прочностных свойств: = 552,3 МПа, е?т = 421,5 МПе, хорошей пластичностью: относительное удлинение = 21,5$>, и удовлетворительной ударной вязкостью: 31),7, 11,3, 4,3 и 5,9 Дж при температурах испытания: комнатной, 0, -20, -40°С соответственно.

Был также экспериментально опробован вариант термообработ ки, заключающийся в закалке стали от температур аустенитной об ласти с последующим форсированным отпуском.

Образцы нагревали до температуры 900°С в течение 30 минут закаливали в масле, затем помещали в печь, негретую до 875°С и выдерживали 6 и 8 минут.

При отпуске в течение 8 минут сталь 13-2062, термообрабо-танная по схеме - зэкалка + форсированный отпуск, имелв свойства: бд = 525 , 8 МПа, ё,, = 372,8 МПа, относительное удлинение = 22$ и ударная вязкость 143,2, 131,5, 129,5 и 80,47 при темпера турах испытаний: комнатной, 0, -20 и -40°С соответственно, что позволяет ей успешно конкурировать с низколегированными стапя-

, ь т.ч. л с 5А1Ы!н-350, содер":аще'1 тэки'о дефицитные добавки с лзтди'! ц ниобий.

Тэксй ре:г,1м термообработки, для углеродистых и низколегиро-шых стзпе!-1 будет реализован после установки зекалочно-отпус-ого агрегата.

Оптимизация оазмеоного сортамента непрерывнолитых слябов голсголистового проката в условиях БМЗ. В настоящее время на зие "3600" ЕМЗ выпускаются листы и плиты различных геометри-21'их размеров. Весь выпускаемый прокат делится на 9 групп в висимости от толщины и ширины листа.

Ставилась задача - определить оптимальный сортамент неп-зывнолитых слябов с учётом.основных размеров проката, расход-х коэффициентов металла, производительности основных агрега-в (МНЛЗ, нагревательных печей и клетей стана "3600").

Основную массу отливаемых на БМЗ слябов составляет размер 0x1500 - ьО-53/о, остальной металлчдепится примерно поровну жду размерами 200x1500 и 200х13Ш. эти соотношения в основ-м определялись портфелем заказов на прокат по толщине и шине, и мало учитывалась экономичность производства.

Из слябов разных размеров можно прокатать листы и плиты зличной длины. Подбор слябов следует производить таким обра-м, чтобы обеспечить наименьший расходный коэффициент иетал-. Наиболее существенное снижение этого коэффициента достига-ся при увеличении кратности раскате, т.е. от получения мек-мельного числа листов из одного раската при минимальном ос-тк9. Следовательно, нужно стремиться получать наиболее длине раскаты для порезки их на кратные стандартные длины.

На рис. 3 показаны зависимости между толщиной-проката и еделами длины раскатов, получаемых из слябов размерами: 200х 00x3400, 250x1500x3400 и 320x2000x3400 соответственно для ра-ичной ширины листов. При этом на диаграммы нанесены также дане по разбивке листов на группы и значения граничных коэффи-енгов расхода металла 1,200 и 1,141.

Анализ приведенных на рис. За данных показывает, что из ябов 200x1500x3400 ми могут быть получены раскаты длиной ог до 34 м при толщине листов от 8 до 80 мм. Максимальная дли-листов соответствует наименьшим толщинам и, наоборот, мини-льнзя длина листа соответствует-наибольшим толщинам«

Аналогичный анализ рисунков 3* и Зс, указывает на измене-е пределов получаемых длин в сторону увеличения при увеличе-I! обкома слитка к уменьшении при этом максимальной длины ли-

Рис.З.аависяность иеэду толщиной проката в пределами длины раскатав

различной ширины тп. слябов: 20СЬс1500х5400 (А),250x1500x5400 (В), 320x2000x34-00 (С1.

ста. Например, ппиты 8г. 9 могут бить получены для всех размеров ширины листа и длиной от 6 до 12 м при раскатке слябов 320 x200Óxi>400 мм. При этом плиты длиной I25UU м могут быть получены только при толщине 50 мм для ширины Зиио мм и менее.

из слитков 250x1500x3400 мм плиты Gr. Э могут прокатываться горько длиной в ь и при толщинах от 50 до 100 ми, в зависимости от ширины. Например, плиту толщиной 100 мм можно получить только при ширине IPUO мм, а плиту толщиной 50 мм - любой ширины.

Неконец, следует также сделать вивод о том, что, как показывает сравнение всех трёх диаграмм, наименьшие расходные коэффициенты металла для равных сечений листов получаются при прокатке слябов большего объёме. Поэтому использование'таких заготовок должно, очевидно, повысить технико-экономические показатели производства листового проката.

Расчёты показали, что при переходе на сечение заготовки ¿20x2000 с сечения 250x1500 производительность ШШ возрастает на 25$. Отказаться от отливки заготовки 200x1500 нельзя, т.к. только из неё возможна прокатка оптимальных длин малых толщин проката (.Gr. 1).

Следовательно, весь сортамент толстолисгового проката может быть прокатан из двух размеров заготовки: 200x1500 и 320х 2000. При этом наибольшее сечение является более выгодным по расходу металла. Исходя из потребности в слябах для различных групп проката, наиболее выгодным объёмом производства заготовок будет являться: производство заготовки 200x1500 - для I и 2 групп листа (14, ВЗ/» + - 53-55)» и заготовки 320x2000

для остальных групп прокатки - 45-47/».

Производительность нагревательных печей зависит от степени загрузки объёма цечи, времени пребывания в печи сляба, качества металла и заданной температуры нагрева.

При постоянном качестве металла с близкими значениями (для стали з данном случае) коэффициентов теплопередачи зависимость между временем нагрева и толщиной сляба будет прямо .пропорциональной. В этом случае производительность нагревательных печей не будет зависеть от толщины, слябов, т.к. изменение толщины будет компенсироваться соответствующим прямопро-порииональным изменением времени нагрева, т.е. изменением скорости движения слябов в печи. Поскольку слябы укладываются в печи плотно по оси движения металла и длина сляба перпендикулярна длине печи, ширина слябе также не влияет на производите-

льность печи.

Следовательно, лроизводительность нагревательных печей зависит только от длины сляба, котопая определяет степень загрузки ширины объёма печи.

Максимальной длиной слябов является длина ¿41)0 мм, которая и будет самой экономичной длиной при наивысшей производительности печей, для любых сечений заголовки.

Производительность прокатных клетей стана определена в проекте для годового прокатного времени 5600 часов и 6200 часов. Б первом случае ято составляет при прокатке по отделанному листу Г?и тонн в час, а во втором случае - 194 тонны в час. Расчёты показывают на возможность прокатки до 400 тонн листа в час ( пч конечному прокату) при крупнотоннажных слябах весом 16,017,0 тонн сечением 320x2000. При этом потребность в слябах составит около 450 тонн в час. Нагрев такой массы слябов на существующих нагревательных печпх мотет быть реализован при строительстве ещв одной нагревательной печи.

ьачлния с сентября 1991 года на одной из МНДЗ начата отливка тяжёлых слябов толщиной ^20 им. При прокатке этих слябов выход годного на стане '3600" возрос и составил от веса заготовки 87,3?;, при среднегодовом выходе 86,6% и при выходе годного за прошедший 1990-91 год 85,6$.

Экономическая эффективность разработанных технологических мероприятий. В основе оценки экономической эффективности лежат те изменения, которые имели место в расходах на единицу производимой продукции или полуфабриката тех или иных материалов или энергетических затрат, а также изменения производительности и выхода годного. Изменения в расходах различных материалов с учётом их цены приводили к изменению себестоимости единицы конечной продукции. Общий эффект при этом зависел от годового уровня производства. Аналогично определялась эффективность влияния изменений энергетических затрат.

влияние изменения производительности учитывалось через' соответствующее изменение условно постоянных расходов в себестоимости единицы продукции с учётом уровня годового производства.

Изменения в выходе годного влияют но эффективность через и?? снения себестоимости единицы прокате в виде разности между себестоимостью тонны листа и тонны отходов (обрези).

В соответствии с этими основными положениями для различных аврок проката была определена суммарная экономическая э<Ьфективт-ность всех проведенных мероприятий. Затем определялась эффекгив-

ность мероприятий, оСщих для всего производства. Сумма всех этих показателей и пштиась полкой пкопомической эффективностью в годолом разрезе за I99I-I952 финансов»!! год, составившей 54,8 млн. руний.

Б Ы В U Д Ы

1. Hp осноханин проведенных теоретических, лабораторных и промышленных исследований разработана и внедрена технология производстве листового проката из специальных марок низколегированных сталей, позволившая повысить квчество листа, увеличить выход годной продукции и существенно понизить затраты на её производство.

2. Разработана математическая модель стана, позволяющая прогнозировать температуру прокатки в любой точке технологической линии стана во время прокатного цикла в зависимости от начальной температуры нагрева заготовки и её геометрии, а так-г:.е ось'спечиваюшэп возможность рассчитывать весь режим прокатки. На основе математической модели сформулирован алгоритм расчёта технологического режима прокатки. При этом на ЭВМ определяются все основные показатели процесса прокатки на каждом пропуске е черновой и чистовой клетях, включая усилия прокатки и моменты прокатки и двигателей, определяются величины обжатий. При этом такте пассчитыавются показатели теплового баланса прокатки.

3. Анализ внполненннх тепловых балансов прокатки показывает, что чачадьные и конечные состояния балансов для каждой группы стелен близки между собой, исновные изменения тепловых показателей происходят е процессе прокатки и заключаются в перераспределении тепла между его потерями от различных факторов при изменении усилий прокатки. Этот анализ даёт возможность определить оптимальное место в линии для охлаждения раската перед конечной прокаткой.

4. Разработана технология производства проката для груб класса API, включающая оптимизацию химического состава стали, элементы технологии выплавки стали, её внепечной обработки, разливки и рекомендации по режиму прокатки.

а результате внедрения разработанной технологии обеспечено получение листа толщиной 12-16 мм для производстве труб диаметром до 610 мм из отелей марок -X 52, -X 56, -X 60, механические свойства которых эквивалентны свойствам марки -X 65.

5. Исследована и разработана технология получения высоко-

прочных мерок сталей с повышенными.механическими характеристиками 38 счёт получения мелкозернистой феррию-перлитной структуры проката при отсутствии центральной сегрегации. Это обеспечивается оптимизацией химического состава стали мерки К-961 при поддержании концентрации в ней углерода и марганце на максимальном уровне (0,18-0,19% и 1,55-1,60% соответственно) и снижении в ней содержания серы и фосфора до 0,045%. При этом температура нагрева заготовки снижается до 1200°С, а конечная температура прокатки должна быть в пределах 830-88и°С.

6. Разработана новая марка стали 5А1ЬМА, которая в сравнении с высокопрочными сталями стандарта 13-961 не содержит хрома и имеет несколько повышенное содержание углерода - до 0,2%. Проведенные исследования показали, что во время черновой прокатки при теыпервтурах выше температуры начала рекристаллизации общее обжатие должно быть на уровне 50-60%. При этом в каждом проходе следует обжимать заготовку до критических значений для полной рекристаллизации аустенита, чтобы в конце черновой прокатки зерно аустенита не превышало размеров 15-20/« . Обкатие конечной стадии прокатки (нике температур А^) не должно превышать 1и-15%.

Полученная мелкозернистая микроструктура листа обеспечива ла изотропии механических свойств прокате, что предопределило возможность исключения термообработки толстых плит.

С целью уточнения химического состава и технологии производства были проведены лабораторные исследования фазовых превращений сталей ¡эА11_ЛА с различным содержанием углерода, марганца ,• кое от к я и ниобия при различных скоростях охлаждения. Показано влияние увеличения в стали содержания углерода и ниоби? не снижение температуры точки Аг*. Анализ влияния повышения с< дергания б стали ниобия показал на увеличение температуры начг па мартенситного превращения иЫ- Это связано с тем, что выд? пение из твёрдого раствора карбидов и карбонитридов ниобия ум« ньвтет содержание углероде б аустените, что повышает значение величины М}, это также повышает величину Покзано также,

что для получения в рассматриваемых сталях мартенситной структуры требуются гне окне скорости охлаждения после прокатки (более 35°С/с?к. для обычных сталей и более 12,5°С/сек. для ств-лей с повышенным содержанием марганца, кремния и ниобия).

Контролируемое охлаждение листов после прокатки до температур 600°С со скоростью более 25°С/сек. с последующим медленным охлаждением обеспечит получение мелкой феррито-перлитной

лруктуры металла. При этом следует, что при контролируемом ох-шждении прокатка должна быть закончена выше температуры J20-850cC, т.е. б зоне'частичной рекристаллизации эустенита. В ном случая превращение идёт из удлинённых рекристаллизованных t'epeH вустенитв. Если прокатку заканчивать ниже этих темпера-■ур, то деформация феррита идёт без процессе рекристаллизации ij-и образовании твёрдых дислокаций.

В язетаящее время разрабатываются проектные решения по :он1ролируемому охлаждению листов,

7. Исследования по получению когеданых марок сталей пока-вли, что при получении гомогенной, мелкозернистой структуры яготовки, с минимальным содержанием вредных примесей возможно рочпволство листового проката с высокими механическими характеристиками, прокатываемого при рехимах, аналогичных режимам рокатки высокопрочных углерод-марганцевых сталей, и не гребущего термообработки до толщин 50 мм.

о. Разработана отечественная марка стали IS-2002 для рабо-н при повышенных температурах - до 400°С. Сталь при производ-тве поляна быть успокоена алюминием, что обеспечивает выделена из твёрдого раствора нитридов алюминия при нагреве более 00°С и приводит к упрочнению металла. Улучшение .показателей лестичности при нагреве происходит за счёт выделения по трениям зёрен бывшего аустенита мелкодисперсной карбидной фазы. При альнейшем повышении температуры (более 400°С) происходит ков-уляция карбидов, а также выпадение из твёрдого раствора нитри-ов кремния и марганца, что сникает прочность метвлла.

9. Опыт производства плит и проведенные исследования пока-али, что большинство дефектов слябов трансформируется в дефек-i плит.

Обеспечение заданных высоких механических свойств проката швется зе счёт оптимизации химического составе сталей, умвнь-зния содержвния вредных примесей, снияения загрязнённости ме-злла неметаллическими включениями, гомогенности слитков и из-г гльчения конечной структуры металлопроката.

Внедрение жёстких требований по соблюдению технологии вы-1авки стали, внепечной обработке и разливке показали высокую Е>фективность комплексной технологии. Прокатанные по обычным ¡жимам листы различных марок до толщир 45 мм практически не >держали дефектов. Микроструктура листов феррито-перлитная при lauepax зёрен у коривлизоввнных плит 9-7 в поверхностной аоне 6-7 в осевой. Все показатели качестве плит до температур

-20°С соответствовали стандартам.

10. Исследования режимов термообработки степей позволил: определить оптимальную температуру нормализации массовых иар конструкционных сталей - 875°С, обеспечивающую наивысшие мех; ничяские характеристики листа.

аля получения плит с повышенной ударной вязкостью доста чен нагрев до 750°С в межкритическом интервале температур. Т кой вариант термообработки листового проката рядовых марок в дряатся как вариант энергосберегающей технологии.

При сравнении нормализации листов из однофазной и двухф ной областей можно сделать вывод, что при снижении температу нэгрзна в каждой области рекристаллизация аустенита растёт и повышается твёрдость металла. При этом можно отметить, что в однофазной области рекристаллизация аустенита достигает 8550$, а в двухфазной 40-50/й.

Неивмсшие аокрзателм цп механическим характеристикам дс тигзптся при двойней термообработке - закалке с ускоренным с пускам. При этом механические свойства рядояой стали 15-2062 превышают требования к микролегироввнноц стели ЗА11>МА. Для р ализации такой технолога! будет установлено специальное терм оборудование.

11. Проведенные исследования и расчёты по производству листового проката из заготовки различных размеров показали, что весь сортамент листового проката, производимого на БМЗ, может быть получен из слябов только двух типоразмеров: 200х 1500 мм и 320x2000 мм. При этом слябы 200x1500 мм должны исг льзоваться только при прокатке виста групп размеров I и 2,чз составляет 53-55% производства, а слябы размером 320x2000 т должны идти на производство групп с 3 по 9, составляющих 4547$ производства. При этом производительность ЩЛЗ возрастае на 25$, расход металла при прокатном переделе снижается на 9$ при использовании слябов максимальной длины - 3400 мм.

12. Общий экономический эффект от всех внедрённых техн! логических мероприятий, разработанных в рассматриваемой раб' те, в 1991-1992 году составил 54,78 млн. рупий.

Список печатных работ по теме диссертации

1. Субрата Рэй, Санак Мишра, С.К. Чаудури, Рамен Датте, А.К.Сак-сена. "Разработка термомеханически обработанных высокопрочных трубных сталей", труды первого индо-американского семинара по совместным исследованиям в области производства чугуна и стали, Ранчи, январь, 1986 г.

2. Субрата Рэй, К. Бишойи. "Производство высокопрочных низколегированных сталей на металлургическом заводе в г. Роурке-ле", журнал "Стил Индия", т. 9, № 2, октябрь, 1986 г.

3. Субрата Рэй. "Производство толстых листов из конвертерной стали непрерывной разливки для труб с высокими механическими свойствами на металлургическом заводе в Бхилаи, Индия", информация института "Черметинформация", Москва, 1992 г.

4. Субрата Рэй. "Оптимизация размерного сортамента непрерыв-нолитых заготовок и листового проката в условиях Бхилайско-го металлургического завода", журнал "Индьен джёрнл оф энджиниэз", т. 22, № 1-2, апрель-июнь и июль-сентябрь, 1992 г.