автореферат диссертации по металлургии, 05.16.02, диссертация на тему:Разработка и исследование комплексной технологии производства качественных сталей для условий Нигерии

т 00

- М Г'МЙН^СТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ УКРАИНЫ донецкий политехнический институт

На правах рукописи

окон кристофер эссиен

разработка и исследование комплексной технологии производства

качественных сталей

для условий нигерии

Специальность 05.16.02 — «Металлургия черных металлов»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ДОНЕЦК 1993

I

1

Диссъртационная работа выполнена на кафедре металлургии стали ¡и.и^цкого политехнического института.

Научный руководитель - профессор, кандидат технических наук Ковалев Г.М.

Научный консультант - кандидат технических наук

Овчинников H.A.

официальные оппоненты - профессор, доктор

технических наук Казаков A.A.

- кандидат тезотческих наук ДадоновМ.К.,

Ведущее предприятие - Донецкий металлургический

завод

1 crv

Защита состоится " " Q 1993 года в / ^ часов в аудитории 353 пятого учебного корпуса на заседании специализированного совета Д 068.20.01 в Донецком политехническом институте (340000 г. Донецк, ул. Артема,. 58).

О диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Донецкого политехнического института.

Автореферат разослан " ^ " Q ^—• 1993 года.

Учений секретарь специализированного совета Д 068.20.01, доктор технических

наук, .профессор . с.Л. Ярошевский

I I

з

Общая характеристика работы

Актуальность работы. Создаваемая в Нигерии металлургическая промышленность ориентирована на производство стаж, в первую очередь, для нужд страны в конструкционных и строительных материалах. При этом возникают трудности, связанные с. отсутствием легирующих элементов(ферросплавов) - одним из основных составляющих металлургического сырья. К тому же нет достаточного валютного фонда на приобретение и доставку ферросплавов из-за рубежа. Эти факты стимулируют производство и применение экономнолегировэнной стали, в частности, полуспокойной, производство которой не требует больших расходов легирующих элементов. Более того, в условиях Нигерии, где среднемесячная температура незначительно отличается от +30°С, свойственный полуспокойной стали недостаток, такой как пониженная хладостойкость, не препятствует ее применению.

Методом математической статистики было изучено влияние некоторых технологических факторов на обеспечение требуемых свойстп металла и на такие параметры, как выход годного, угар раскислите-лей и др., при производстве полуспокойной стали с целью их оптимизации.

Вместе с тем, тяжелые условия эксплуатации металлоконструкций в таких отраслях, как газонефтедобывающей и перерабатывающей, также субтропический климат, способствующий коррозии и преждевременному выходу из строя металлоизделий, предъявляют определенные требования к качеству производимой стали. В них условиях одним из компромиссных решений задачи является разработка комплексной технологии модифицирования и микролегирования, способствующей производству стали с требуемым уровнем свойств, при относительно небольших затратах.

Цель работы. Разработка технологии выплавки и способов вненочной обработки сортовой, листовой и трубной 'стали для условий Нигерии.

Научная новизка. С использованием новых данных о параметрах взаимодействия показано, что процесс нитридообрэзовэния бора, в пределах его допустимого содержания в полуспокойной стали (0,0053 В) и стандартных условиях применительно к сталеплавильным кроцпг-

сам, термодинамически маловероятен. В то же время, металлографические исследовании опытного металла, содержащего бор показали: измельчение структуры с увеличением балла зерна до 7-8, уменьшение количества и размеров неметаллических включений, существенное сличение степени ликвации примесных элементов и повышение показателей механических свойств. Таким образом, мо,инфицирующее воздействие бора на структуру стали объясняется не за счет нитридоупроч-ненил, а, пс -Еидимому, его поверхностной активностью. Установлена возможность достаточно высокой степени десульфурацш стали с низким содержанием алюминия (менее 0,01%) за счет повышения концентрации кальция. При этом, однако, влияние кальция на уровень уд.-фнсл вязкости при температуре испытания 0°С выражено менее я]¡ко. Существенное повышение уровня ударной вязкости при этом постигается только в термообработашюм состоянии.

Практическая ценность. Даны рекомендации по оптимизации технологических параметров при производстве полуспокойной стали на ЕМЗ.

Разработаны промышленные технологии модифицирования и микролегирования полуспскойной стали в процессе разливки путем присадки измельченного ферробора в изложницу при разливке сверху, а также трубной стали порошковой кальцийсодержащей проволокой в печи-ковше, обеспечивающие улучшение качества металла за счет снижения химической неоднородности, размера и количества неметаллических включений, увеличения ударной вязкости (полуспокойная с!аль) и десульфурации стали (трубная сталь). Разработанные технологии рекомендованы для производства и эксплуатации стали в условиях Нигерии (завод Аджаокута).

Апробация работа. Материалы работы доложены и обсуждены на:ХХ научно-технической конференции молодых специалистов (г. Мариуполь, "Азовсталь", 1990г.), XI Всесоюзной конференции-но проблемам слитка: "Процессы разливки, модифицирования и кристаллизации стали и сплавов" (г. Волгоград, 19Э0г.)

Публикация работы. По материалам диссертации опубликовано четыре статьи.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, выводов, библиографического списка (93 наименования), приложения; содержит 164 страницы машинописного текста, 36 таблиц, 53 рисунка.

Содержание работы

В первой главе диссертационной работы дан аналитический обзор состояния вопроса по современным технологическим способам повышения качества стали.

Рассмотрены особенности сталеплавильного производства в условиях Нигерии.

Многие из современных технологических способов повышения качества стали основываются на том, что ее свойства при всех стадиях обработки и эксплуатации зависят от того, как формируется первичная струкрура (металлургическая наследсвенность структуры). И в связи с этим, задача повышения качества стали должна решаться в значительно** степени на стадии ее выплавки - разливки.

Анализ состояния вопроса показал, что современные технологические способы производства качественных сталей включаьт глубокое раскисление жидкой стали и легирование, различные способы внепеч-ной обработки, такие как обработка жидкой стали синтетическими шлаками(твердыми и самоплавкими шлакообразующими смесями), продувка порошкообразными реагентами различных составов, обработка порошковыми проволоками, модифицирование и микролегирование, а также применение различных способов термической обработки.

При выборе марок сталей, технологии их производства, следует учитывать специфические условия службы металлоконструкций и сооружений в климатических зонах Нигерии, а также отсутствие собственных ферросплавов. Поэтому представляется целесообразным использовать опыт производства полуспокойной стали, экономного раскисления, модифицирования й микролегирования сталей алюминием, титаном, бором и азотом с обработкой расплавов твердыми шлакообразующими смесями (ТШС), а при нобходимости и последующей термообработкой.

При этом исходили из'того, что уже разработанные технологии не могут быть применены для конкретных условий без учета специфики производства стали и его материального обеспечения. Креме этого, отсутсвуют данные о возможности производства полуспокойной стали при ее модифицировании бором совместно с азотом, т.е. не исследована термодинамическая вероятность процессов карбонитридного упро-

чьышя стали при ее обработке сюром совместно с азотсодержащими (.оагентами; на разработаны составы ТШС из материалов, имеющихся в Ннгьрии, не исследоЕано влияние кальция на свойства трубшх сталей »1 их расплавов при минимальном раскислении алюминием.

На основании вышеизложенного, задача исследований сформулирована следующим образом:

1. Оценка термодинамических условий равновероятности протекания реакций нитридо- и оксидообразования бора в жидкой полуспокойной стали.

2. Проведение термодинамического анализа процессов взаимодействия кальция с кислородом и серой с целью оценки его десудьфурирущей способности в стаж, содержащей менее 0,01 Ж алюминия.

3. Исследование механичеких свойств горячекатанной и термооб-работанной стаж, содержащей менее 0,01« алюминия, при варьировании количества кальцийсодеркащих присадок.

4. Выбор рациональных параметров комплексного микролегирования полуспокойной стали бором и азотом.

5. Выбор рациональных параметров комплексного микролегирования низколегированной спокойной стали алюминием, титаном и бором. '

6. Разработка комплексной технологии промышленного производства качествешшх сталей при экономном раскислении, рафинировании, модифицировании и микролегировании алюминием,

титаном, бором, кальцием и азотом.

Во второй главе работы приведены результаты статистического анализа влияния некоторых технологических факторов на величину головной обрези слитка (выход годного), угар кремния и механические свойства углеродистой полуспокойной стали с целью их оптимизации. Исходными данными (в двух массивах) послужили паспортные данные текущего производства кислородно-конвертерного цеха ЕМЗ.

На основе общепринятой классификации формы головной части слитков после.разливки и затвердевания в изложнице (в зависимости от степени раскислешюсти стали ) 1-й массив разделили на 4 под-массива следующим образом: I- слитки с вогнутой формой головной части (перераскисленный металл); 11,111-слитки с ровной и выпуклой головной частью (нормально раскисленный металл); IV- слитки с роелоН головной частью (недораскислешшй металл).

т

Такое разделение, принятое только при исследовании влияния технологических факторов на величину голоеной обрези слитка, позволило исключить влияние фактора степени раскисленности на этот параметр. При исследовании остальных параметров (перечисленных выше) такое разделение не производилось. В отличие от 1-го массива, весь 2-ой массив рассматривался как единая совокупность при исследовании всех оптимизируемых параметров.

гВ качестве технологических факторов при исследовании величины головной обрези слитка и механических сеойств стаж, приняли количество расходуемого термоантрацита и алюминия в ковш, алюминия в изложницу на корректировку окисленности стали, температуру стали перед разливкой, содержание [С], (S1J и СМп] в готоеой стали. При рассмотрении угара кремния, дополнительно учитивали продолжительность додувки металла в конвертере, содержание уг^зрода и марганца в стали на выпуске.

Для математической обработки данных была использована специализированная программа "Множественная Регрессия H00I2", разработанная кафедрой ЭМСиФ, ДШ. Искомые уравнения полиномов, находились в виде

¿¿¡х .. (1)

Для полученных уравнений значения коэффициентов множественной, корреляции изменялись в пределах (0,37...0,80) и (0,70...0,78) для 1-го и 2-го массивов соответственно. Проверка адекватности полученной математической модели оптимизируемых параметров производилась путем сравнения расчетных и табличных значений F-критерия Фишера.

В результате обработки данник двух массивов найден ряд эмпирических уравнений, описывающих влияние рассматриваемых факторов на величину головной обрези слитка, угар кремния и механические свойства стали.

Наиболее весомое и решающее влияние на величину головней обрези слитка и, следовательно, выход годного металла, сказывает форма головной части слитка. Слитки типа I и IV характеризуются повышенной головной обрезью по сравнению со слитками типа II и III (рис. 1). Из этих данных следует, что операции выплавки, раскисле-

в

— или и разливки стали необходимо выполнять так, чтоб» металл в изложнице застил либо с ровной, либо с выпуклой головной частью слитка. Вместе с том следует отметить, что коночная форма головной части слитка во многом определяется суммой многих

___одновременно действующих факто-

Г не.1. Влияние формы головной ров, влияние которых при их части слитка на величину отдельном, рассмотрении зачастую головной обрези слитка. носит неоднозначный характер.

Так, например, результаты обработки показали, что температура разливки стали, в зависимости от групп слитков, оказывает разное влияние на величину головной обрези. В целом установлено, что для металла оптимальной раскисленное-ти, минимальной величине головной обрези слитка соответствует разливка стали при температурах 1540...1560иС. При этом в металле должно содержаться 0,Об...О,08% (рис.2).

Рис.2. Зависим.-гь величины головной обрези слитка от содержания кремния в металле.

а1,а2,а3>а4-величина головной обрези слитков типа 1,11,111, IV, соответственно.

Учитывая взаимосвязь факторов, влияющих на угар кремния, было получено упрощенное уравнение для его определения:

Л = 4,28Ст + 0.667Т - 250ГС1] - 972 (2)

где т - продолжительность додувки металла в конвертере, мин; Т - температура стали в ковше, °С; [С]] - содержание углерода в стали на выпуске, %.

1к. атому уравнению составлена удобная для ¡фактического использования таблица, позволяющая мастеру выбирать величину угара кремния 1', зависимости от -цюх основных технологических факторов. Прим ше-

ние уточненной величины угара кремния позволит стабилизировать окисленность металла без присадок для этой цели алвминия в ковш и обеспечит повышение количества плавок со слитками II и III типов. Таким образом будет достигнуто повышение выхода годного металла.

Таблица 1

Угар кремния конвертерной полусгокойной стали

Угар кремния, %

Температура стали в ковше, С « 1545 1550...1560 > 1565

ч т, мин яг<у\ - 3 > 3 - < 3 > 3 - $ 3 > 3

0,05 0,07 0.09 0,11 0,13 MMUUf. ослосло 50 45 40 35 30 60 55 50 45 40 60 45 40 35 30 60 55 50 45 40 70 65 60 55 50 60 55 50 45 40 70 65 60 Б5 50 80 75 70 65 ео

Полученные статистические зависимости показателей механических свойств от химического состава стал! подтверждает уже известные закономерности, что свидетельствует о достоверности исходшх данных, по которым получены упомянутые выше рекомендации. Показано, что существующая на ЕМЗ технология не в полной мере обеспечивает требования ГОСТ 380-71 по уровню прочностных показателей.

Третья глава работы содержит результаты проведенных термодинамических расчетов и лабораторных исследований.

Приводятся результаты термодинамического анализа, из которого следует, что при стандартных условиях, применительно к сталеплавильным процессам и ограниченных пределах допустимого содержания Юра в жидкой полуспокойной стали, он преимущественно должен расходоваться на взаимодействие с кислородом, а не с азотом, т.е. 40(в 0 5 < Оценка условий равновероятности .протекания

реакций оксидо- и нитридообразования бора оэ) = Л(-'(вм)'

показала следующее. В стали со средним содержанием кислорода 0,0151 (его допустимое содержание в оптимально раскиеленно; полу-споксПпой стали составляет 0,010.. .0.0175) и бора (0.005*) необт.о-

иметь, при заданных условиях (температуре, составе стали и неметаллических включений), свыше 0.210Ж азота. В стали, содержащий до 0,007% азота (его обычное содержание в конвертерной полу-смо.^ойной стали составляет 0,004...0.008% при аналогичных условиях н.-обхсчимо иметь 0.001 Е"5 кислорода и ниже.

Такое низкое содержание кислорода не достигается в условиях, когда сталь раскисляется кремнием и марганцем. Более того, установлено, что оптимальная структура и свойства полу спокойной стаж обеспечиваются именно степенью ее раскислешости, т.е. при содержании кислорода в вышеуказанном пределе. Что касается азота, то столь высокое его содержание в стали, в том числе и полуспокойной '.■''спи, н.г может быть достигнуто. Таким образом, на осноев этих данных можно констатировать, что при задашшх условиях процесс шмридообразования бора в полу спокойной стали термодинамичеки ь.аловероятен.

В лабораторных условиях выплавляли полуспокойную сталь типа СтЗпс с различным содержанием: В(0.. .0,00555) и N(0,005.. .0.005%) (табл.2). Контроль окнслерности металла производили измерением активности кислорода в жидкой ванне известным методом Э.Д.С. с помощью активометра. Измеряемое таким путем содержание кислорода до и после обработки стали бором и азотсодержащим реагентом, шлепалось в пределах (0,018...0,020%) и (0,009...0,016%) соответственно.

После ковки 1-кг слитков изготавляли образцы(тип 3, ГОСТ 9-154-78) для механических испытаний. Образцы перед испытанием подвергались нормализации.

Данные испытаний показали, что содержание бора в стали до 0,0038% приводит к повышению механических свойств по сравнению с металлом без бора (табл.2, плавка Ж). Однако, при содержании бора выше 0,0038% исслидуемые показатели снижаются (плавка .№4,табл. 3).

Изучение микроструктуры показало, что структура стали феррито-нерлитная и мелкозернистая(7-8 баллов) по сравнению с металлом базового состава (5-7 баллов).

Таблица

Химический состав полуспокойной стали лабораторных плавок

Плавка J6 н/п Содержание элементов, %

С S1 Мп В N Р S

1 0 16 0,07 0,55 0,0019 0,007 0 018 0,030

2 0 15 0,08 0,54 0,0025 0,007 0 017 0,032

3 0 15 0,08 0,52 0,0038 0,008 0 018 0,031

4 0 17 0,09 0,58 0,0050 0,009 0 018 0,029

5 0 14 0,07 0,54 - 0,005 0 019 0,033

Таблица 3

Механические свойства полуспокойной стали лабораторных плавок

Плавка JS п/п Предел прочности, о а_,Н/мм D Предел текучести, р а ,Н/мм Относительное удлине- ш,е- в5. Ударная вязкость, КСин"2?Дж/см2

1 379,1 255,1 32,0 138,3

2 380,5 270,3 29,5 137,4

3 385,0 272,5 31 ,0 149,3

4 345,7 225,8 25,0 120,0

5 372,0 245,2 28,0 135,6

Примечание: в таблице приведены средние результаты испытаний по трем образцам.

Произведен термодинамический анализ -взаимодействия кальция с кислородом и серой в стали, содержащей менее 0,01ОЖ алюминия с целью оценки его (кальция) десульфурирующей способности. Оценка условий термодинамической равновероятности протекания процессов производилась с помощью выражения:

[S1 [01

= 38

Q(CaS) ''о

.°(СаО)-/Е

(3)

полученного в работе Овчинникова H.A. Получешше при помощи (3) соотношения концентрации серы и кислорода показали', что при заданных условиях возможно эффективное рафинирование стали.

В лабораторных условиях выплавляли сталь с изменением содержания кальция в пределах 0,002-0,035%. Поело прокатки лабораторных слитков из нормализованных полос изготавливали ударные образцы. Результаты химического анализа показали, что десульфурирующая

способность кальция проявляется даже при содержании алюминия в стали 0,01 ...0.003%. При содержании 0,017% кальция наблюдается существенное снижение концентрации серы(с 0,009 до 0,003%). Однако, данные механических испытаний показали, что такое снижение не сопровождается заметным изменением в уровне ударной вязкости нормализованной стали при температуре испытания 0°С.

Исследование влияния различных концентраций алюминия, бора и титана на свойства низколегированной листовой стали сводилось к задаче оптимизации: поиск оптимального химического состава, обеспечивающего минимальную себестоимость стали при повышении или, по крайне мере, сохранении ее физико-химических характеристик. В лабораторных условиях выплавлялось две серии опытных плавок. При первом варианте содержание элементов изменялось: А1, Т1 (0,005...-0,010%), В(0.0007...О,0020%), а во втором варианте - А1(0,010...-0,025%), Т1(0,010...0,050%), В(0,002-0,004%).

Результаты механических испытаний на ударную вязкость при температуре +20°С показали, что этот показатель изменяется в пределах (89,3...118,7) и (108,8...149,1) Дж/см2 для металла 1-го и 2-го варианта соответственно. В то же время, при нулевой температуре испытания величина ударной вязкости изменяется от 46,61 до 64,75 Дж/смг (1-й вариант) и от 63,76 до 85,35 Дж/см2 (2-й вариант). Таким образом, при положите лышх температурах уровень свойств металла двух вариантов отличается незначительно - в 1,24 раза, а при нулевой температуре и ниже - в 1,34 раза. Однако, в жарких климатических условиях уровень свойств металла, достигаемый при первом варианте модифицирования, вполне удовлетворительный.

Современные технологические процессы внепечной обработки жидкой стали требуют наличия покровных шлаков в тех агрегатах, где осуществляется обработка. В этой связи и с учетом 'имеющихся в Нигерии сырьевых материалов (извести, силикатной глыбы и др.) разработан и исследован ряд ТШС, содержащих СаО, А1г0э> Са?2 и силикатную глыбу.

В результате определения вязкости шлаковых расплавов в широком интервале температур и концентраций рззжикителей установлено оптимальное содержание в шлаках глинозема и силикатной глыбы на уровне 10...15% каждого.

Во второй стадии работы была произведена оценка эффективное?! применения шлаков оптимального состава дли рафинирования высоко

угеродистой спокойной стали, раскисленной силикокальцием в количестве 1.. ,2,4 кг/т. Сталь выплавляли в лабораторной индукцион-' ной печи ИСТ-04 вместимостью 400 кг и выпускали в ковш при температуре 1650-1675°С. Рафинирование шлаком в количестве 1 от массы металла проводили в два"этапа: при переливе в ковш и в изложницу. Достигнута степенв десульфурации на уровне 50%. Поэтому разработанный состав ТШС рекомендован для промышленных испытаний.

В четвертой главе диссертации приведены результаты исследований, выполненных в промышленных условиях. Опытно-промышленные исследования технологии микролегирования полуспокойной стали бором и азотом производились в кислородно-конвертерном цехе Енакиевского металлургического завода (ЕМЗ). Объектами исследования являлись четыре 9-тонных слитка полуспокойной стали типа СтЗпс, выплавляемой в 160-т конвертере.

Для сопоставимости результатов, опытные слитки с различ!шми содержаниям! бора и азота отливали с одной плавки. Введение бора (ферробора) и азота (диамида углекислоты) осуществлялось во время наполнения изложниц металлом, начиная с 7-ой по 9-ю (по мере наполнения) изложницы. Расход микродобавок определяли, исходя из данных лабораторных иссследований. Послиточный химический состав стали приведен в табл. 4.

Прокатка слитков осуществлялась согласно действующей технологии и по схеме: слиток =» заготовка 170x170 мм заготовка 80x80 мм ^ угол-; м- 64x63 мм.

Таблица 4

Химический состав полуспокойной стали опытно-промышленной плавки

Условный номер слитка

А

В

с с

Содержание элементов,

_____С_

0,15 0,15 0,15 0,15

___в__ ___:П Р

0,0025 0,08 0,55 0,005 0,010

0,0030 0,08 0,55 0,007 0,010

0,0040 0,03 0,55 0,008 0,010

-- 0,08 0,55 0,005 0,010

0,034 0,034 0,034 0,034

Исследованию макроструктуры нодкергялки. те мило ты от раскатив головной, ''¡'.¡дней и донной части слигкои. результаты покапали, что Во Всех Т. ГШОП1Х макроструктура УДОВЛе'Л'.арИ 1еЛ( н.чя.

Д.!:;. ¡пучения химической и«.».*нор«1Шп,1и отбирала г го хну и г

всех исследуемых темплетов по схеме: ковшевой, прострожкой поперечного сечения, сверлением в трех точках темплета (центр, 1/2 радиуса, край). Химическая неоднородность по углероду, фосфору и сере получала наибольшее развитие в центре головной части всех слитков. В то же время заметно выражена тенденция уменьшения степени ликвации элементов с увеличением содержания бора в стали. В стали с 0,0025% бора и 0,005% азота (табл. 3, слиток А), степень ликвации фосфора в головной части слитка достигает максимального значения 110%, а в слитке С (0,004% В, 0,008% N), эта величина составляет 40% т.е. степень ликвации фосфора снижается в 2,75 раза.

Петрографические исследования неметаллических включений, выделенных электролитическим способом, производились на оптических микроскопах МИН-8 и НЕОФОТ-21.

Результаты исследования (табл.5) показали, что во всех трех образцах опытного металла (слитки А,В,С) присутствуют включения, аналогичные тем, которые наблюдаются в сравнительном металле (слиток D). Это означает, что все включения имеют одинаковое происхождение: сульфиды, силикаты, магнезиальные шпинели. Обнаружено, что в опытном металле количество сульфидных включений было меньше,' мчнт-шо " irr размеры. Однако в образце из опытного слитка А они такие же, как и в образце базового металла. В опытном металле заметно ниже доля крупных агрегатных силикатных включений (их размеры не превышают 35 мкм). Наиболее дисперсные, как сульфидные, так и оксидные включения, наблюдаются в металле опытного слитка С.

Таблица 5

Размеры неметаллических включений по результатам петрографических исследований

Тип неметаллических включений

Условный номер слитка сульфиды силикаты шпинель

тах, мкм чаще .встр шах, мкм чаще встр тах, мкм чаще встр

А 120 25-30 30 15 21 7

В 45 15 35 7 10 7

С 30 7 25 12 7 7

D 150 20-30 150 20 35 10-15

Ни в одной из минеральных фаз неметаллических включений качественным! микрохимическими реакциями не выявлено присутствие бора.

Для механических испытаний вырезали образцы из уголка, являющегося конечной продукцией прокатки. Испытание металла на ударную вязкость производилось при температуре +20°С.

Данные механических испытаний (табл. 6) показали, что предел текучести и относительное удлинение металла опытных и сравнительного слитков находятся почти на одном уровне. Наблюдается незначительное увеличение предела прочности металла опытного слитка О (404,5 Н/мм2) по сравнению с базовым металлом, слиток Б (388,5 Н/мм2), т.е. лишь в 1,04 раза; а ударная вязкость увеличивается в 1,17 раза: с 132 Дк/см2 (слиток Б) до 154.6 Дж/см2 (слиток С) при температуре испытания +20°С.

Опытно-промышленные плэеки по рафинированию трубной стали, содержащей менее 0.010% А1, кальцием производились в электросталеплавильном цехе Волжского трубного завода на электропечах с основной футеровкой. Металл обрабатывался в печи-ковше порошковыми проволоками с сюшкокальцием и продувкой аргоном.

Таблица 6

Механические свойства полуспокойной стали опытно-промышленной плавки

Условный номер слитка р о„,Н/мм т Ов,Н/мм2 б5. % КСи+2? Дж/см2

А 265,0 388,5 32,5 126-163 145,6

В 267,5 395,5 33,5 '138-163 ' 152,2 .

С 269,0 404,5 35,0 '134-179 154,6

П 2.64,0 388,0 32,0 123-141 ' 132

Примечание: в числителе - предельные, в знаменатели - сроднив результаты по шести испытаниям.

После ткидки шлака, обработки порошковой лроролокой и ироду -ьки аргоном, степень удаления серы состаыыкт (Н>-вО%). При этом конечное содержание серы в готовом металлу • (сталь марок 20, ЗГ.)

находится на уровн-з (0,003...0,006%), а в стаж 12ГФ на уровне 0,002%. 0;.тко, оптимальный расход силикокальция достигнут только на стали 12ГФ (табл. 7).

Для исследования качества металла производилась прокатка труб с размерами 325x10...11 мм, 426x11...12 мм. Трубы подвергались ипытанию как в горячекатанном, так и в термообработанном состояниях. Испытание механических свойств и ударной вязкости производили по ГОСТ 1497-73 и 9454-78. Ударную вязкость определяли на образцах с острым и круглым надрезом.

Таблица 7

Химический состав трубных сталей опытно-промышленных плавок

Условный номер плавки Марка стали Содержание элементов,% Расход кальция кг/т стали

С Б1 Мп Р А1 Б

до после обработки

1 Д 0,43 0,28 0,78 0,011 0,007 0,013 0,006 0,45

2 35 0,36 0,30 0,64 0,015 0,009 0,014 0,003 0,70

3 35 0,34 0,26 0,56 0,009 0,007 0,011 0,006 0,60

4 35 0,33 0,28 0,60 0,008 0,008 0,011 0,005 0,50

5 20 0,17 0,22 0,60 0,029 0,005 0,024 0,006 0,83

6 12ГФ 0,12 0,29 0,91 0,014 0,009 0,011 0,002 1,5

Результаты механических испытаний (табл.8) показали, что трубный металл опытных плавок обеспечивает требования, предъявляемые к газонефтепроводным трубам при отрицательных температурах до -60°С, только в термообработанном состоянии.

Однако, для строительства газонефтепроводов в условиях Нигерии, большие требования предъявляются не столько к показателю ударной вязкости, хотя он и определяет качество металла, сколько к общей чистоте металла по неметаллическим включениям, которые характеризуют коррозионную стойкость металла в агрессивной среде. Следовательно, технология глубокого рафинирования стали кальцийсо-держащими проволоками при незначительной степени раскисления метзчла алюминием обеспечит высокий истребительский уровень трудного металла для условий Нигерии.

Таблица 8

Механические свойства трубных сталей опытно-промышленных плавок

Диаметр и о , о , Ударная вязкость, р Дж/см

Марка стали толщина стенок труб, мм Вид термообработки . в' Н/мм2 т* с Н/мм ф, %

КСУ~3° ШГ60

20 325x11 без термообработки —/-/— 488,0 285,0 32,0 8,0 12,7

20 325x10 478,0 278,0 32,0 13,0 12,0

20 426x12 —/-/— 478,0 278,0 32,0 18,0 24,0

20 12ГФ 325x10 426x12 нормализация без термо- 518,0 528,0 435,0 449,0 38,3 29,0 225,7 КСУ~5 93,0 194,3

обработки

12ГФ 426x11 нормализация 502,0 382,0 33,0 210,6 181 ,3

12ГФ 426x11 закажа с отпуском 560,0 471 ,5 29,0 ' 297,3 321 ,3

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Статистическим анализом параметров технологических процессов производства полуспокойных сталей подтверждено, что наиболее весомое влияние на величину головной обрези слитка оказывает форма верхней части слитка в изложнице при затвердевании. Минимальной величине головной обрези слитка соответствует либо ровная либо выпуклая головная часть, которая обеспечивается содержанием в металле кремния 0,Об...О,08% и температурой разливки в пределах 1540___15б0°0.

2. Для стабилизации окисленности полуспокойной стали применительно к условиям ЕМЗ установлено влияние продолжительности додув-ки плавки, температуры металла и содержания углерода в металле перед выпуском на величину угара кремния. •

3. Выполнен термодинамический анализ взаимодействия бора с кислородом и азотом, а также кальция с кислородом и серой в стали.Установлено, что при содержании бора до 0,005% в латкой полуспокойной стали процесс образования нитрида бора термодинамически маловероятен. Показано, что высокая степень десульфурации стали кальцием возможна при низком содержании алюминия (менее 0,01%).

4. В лабораторных условиях установлено:

- полуспокойная сталь, модифицированная бором и азотом, имеет более дисперсную структуру; предположительно, это результат проявления модифицирующего воздействия этих элементов в процессе кристаллизации и прокатки;

- высокая степень десульфурации спокойной стали кальцием (0,003...0,035%) не приводит к существенному увеличению уровня ударной вязкости в горячекатанном состоянии при температуре испытания 0°С;

- предварительное раскисление стали'алюминием, титаном и ее микролегирование бором позволяет достичь требуемого уровня ударной вязкости в горячекатанном состоянии при температуре 0°С и выше.

5. Для условий производства стали в Нигерии разработана комплексная технология:

- производства сортовой нолусггокойной стали при

микролегировании бором;

- производства листовой экономнолегированной горячекатанной стали с предварительным раскислением алюминием, титаном (их содержание до 0,010%) и микролегированием бором до 0,002%;

- производства низкосернистой (0,002% 3) трубной стали путем обработки металлического расплава порошковой проволокой с силикокальцием при наличии синтетических покровных шлаков в ковше.

6. Лабораторными и опытно-промышленными исследованиями показано, что микролегирование полуспокойной стали бором позволяет получить в готовом прокате более благоприятное'по форме, размеру и количеству неметаллические включения, а .также мелкозернистую структуру и повышенную ударную вязкость при температуре испытания' +20°С. Установлено, что наибольший аффект достигается при содержании в стали 0,0035...0,0040% бора.

7. Расчетный экономический эфрект применения технологии экономного легирования стали алюминием, титаном и бором с учетом затрат на ТШС, по современным договорным ценам составит. 350 руб/т.

По материалам диссертации опубликованы следующие работы:

1. Модифицирование полуспокойных сталей/ Окон Кристофер, 'Ковалев Г.М.//Гозисы докл. И-й Всесюз. конф. по проблемам слитка Часть 1.- Волгоград - 1990 - с. 190-191.

2. Оптимизация технологических параметров при производстве полуспокойных сталей/Окон Кристофер, Ковалев Г.М., Захаров Н.И. //Тезисы докл. XX научно-технической конф. молодых специалистов.-Мариуполь - 1990 - с.29-31.

3. Рафинирование стаж твердыми шлакообразующими смесями / Окон Кристофер, Падалка В.Г., Овчинников H.A., Ковалев Г.М. // Деп. В УкрИНТЭИ, 56-УК 93.26.01.93.

4. Исследование влияния концентрации кальция на свойства трубной стали при экономном легировании алюминием / Дюдкин Д.А., Овчинников H.A., Окон Кристофер// Деп. в УкрИНТЭИ, 57-УК 93.26.01.93.

Т)________;______- "

Подл, о nt4aibS.J2.0i Формат 60Х84'/н. Бумага , Офсетная печать.

Усл. печ. л. 0,33 . Усл. кр.-отт. . Уч.-изд. л. 0,94 , Тираж /АО »кз.

Заказ Д Ч—ЗА

Донецки! политехнический институт, 34СООО, Донецк, ул. Артема, 68. Д..1ПП, 340050, Донецк, ул. Артема, «6 •