автореферат диссертации по металлургии, 05.16.01, диссертация на тему:Влияние параметров защитных атмосфер на базе азота и водорода на технологические и служебные характеристики термически обрабатываемых марок стали

. ^ V (.( с,1 *,<■-<< - ' " ' - •

■-1-- \Т'/| '

ЦЕНТРАЛЬНЫЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО' КРАСНОГО ЗНАМЕНИ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ЧЕРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ имени И.П.БАРДИНА

• На правах рукописи

ФОМИН Игорь Михайлович

ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ ЗАЩИТНЫХ АТМОСФЕР НА БАЗЕ АЗОТА И ВОДОРОДА НА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ И СЛУЖЕБНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТЕРМИЧЕСКИ ОБРАБАТЫВАЕМЫХ МАРОК СТАЛИ

05.16.01 - Металловедение и термическая обработка металлов

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1992

Работа выполнена в Центральном научно-исследовательском институте черной металлургии имени И.П.Бардина.

Научные руководители: кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник Ю.М.Брунзель

доктор химических наук Л.А.Шварцман

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Л.А.Щульц доктор технических наук В.М.Зинченко.

Ведущая организация: Государственный союзный институт по проектированию агрегатов сталеплавильного и прокатного про-производства для металлургии "СТАЛЬПРОЕКТ".

Защита состоится "29 я января 1992 г. в 12 часов на заседании специализированного Совета Д 141.04.02 при ЦНИИчермете по адресу: 107005, Москва, 2-я Бауманская ул., 9/23.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ЦНИИчермета.

Автореферат разослан " ^ 1991 г,

Ученый секретарь специализированного совета кандидат технических наук, м .

старший научный сотрудник Н.М.Александрова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность__работы^ В современных условиях одним из

важнейших направлений в производстве стального проката является повышение качества поверхности за счет совершенствования технологии термообработки, которая нередко завещает технологический процесс в металлургии.

В процессе термообработки стали поверхность металла (проката, деталей) претерпевает нежелательные изменения (окисление, обезуглероживание) под влиянием химического взаимодействия с окислительной газовой средой (воздух, продукты сгорания топлива). Следствием этого взаимодействия являются потери металла в окалину, а также в дефектный обезуглероженный слой, удаляемый в процессе механической обработки при производстве деталей (в некоторых случаях - проката). Действенным фактором повышения качества поверхности является применение и совершенствование контролируемых атмосфер при термической обработке.

Применение наиболее распространенных в металлургии контролируемых атмосфер - защитных - должно, в зависимости от требований к качеству поверхностного слоя, обеспечивать отсутствие обезуглероживания, исключение окисления поверхности, сохранение светлой поверхности холоднокатаного листа, сохранение поверхностью свойств основного металла.

Защитные свойства атмосфер (в термодинамическом плане) определяются химическим балансом между восстановительными (СО, Hg) и окислительными (С02 HgO) компонента:® в состоянии равновесия. Азот в большинстве защитных атмосфер является газом-носителем или разбавителем. Традиционный взгляд на азот как нейтральную составляющую атмосферы не учитывает его массопере-дачу в сталь и не рассматривается в термодинамических расчетах. Однако, его содержание в защитных атмосферах достаточно большое (от 25% в диссоциированном аммиаке до 96« в экзогазе и бедном азотоводородном газе), и это требует на современном этапе углубления знания о его поведении при термообработке стали.

Большинством исследователей "a priori считается, что азот не является активной составляющей защитной атмосферы при термической обработке.Отмеченное положение свидетельствует о том,что современные знания о влиянии азота защитных атмосфер на сталь в аспекте его воздействия на технологические и служебные характе-

з

ристики еще не полны и в этой области остается много проблем, требующих своего разрешения. В настоящей работе проведено целенаправленное изучение влияния молекулярного азота на технологические и служебные свойства термообработанной стали, раскрыты механизмы этого влияния, даны рекомендации по оптимизации атмосферы.

В связи с постановкой промышленностью конкретных вопросов повышения качества металла необходимо было проведение специальных исследований по изучению негативного влияния азота на тонколистовую конструкционную сталь при отжиге в таких традиционных азотосодержащих атмосферах как экзогаз и азотоводородные смеси. Производственный опыт обработки в этих средах обнаружил ухудшение свариваемости изделий ответственного назначения.

При отжиге холоднокатаного проката из нержавеющей стали в азотосодержащих' атмосферах происходит массопередача азота в сталь с ухудшением коррозионной стойкости. В связи с этим пред-предпринят поиск оптимальной защитной атмосферы для отжига холоднокатаной полосы из нержавеющих марок стали, который потребовал тщательного анализа применяемых и альтернативных сред для повышения качества поверхности и повышения коррозионной стойкости.

Рассмотрен также распространенный вариант применения защитных атмосфер, когда отсутствуют требования по свариваемости и коррозионной стойкости, а указанное микроазотирование* не имеет негативных последствий. Для этого случая (основная масса термически обрабатываемой в защитных атмосферах прокатной продукции) актуальным является создание дешевой атмосферы. Глава диссертации посвящена созданию экономически оптимальной защитной атмосферы с использованием азота кислородных станций. Такая атмосфера вводится непосредственно в печь и не требует строительства дорогостоящих газоприготовительных станций.

Таким образом,актуальность работы обусловлена решением в ней двух масштабных промышленных задач: повышения качества листового холоднокатаного проката из конструкционной легированной и нержавеющей стали и создания экономически оптимальной защитной атмосферы на базе азота кислородных станций металлургических заводов.

* Термин "микроазотирование" применен в отличие от известной упрочняющей химико-термической обработки, при которой азотирование стали является целенаправленным, а концентрация азота превышает во много раз полученные при микроазотировании значения.

Ч

Работы по теме диссертации выполнялись в соответствии с планами научно-исследовательских работ ЦНИИчермета по решению конкретных прикладных задач на металлургических и машиностроительных заводах.

Цель работы. Дать анализ процессов массообмена в пограничном слое в системе сталь - контролируемая атмосфера, содержащая молекулярный азот. Установить количественные зависимости, характеризующие роль молекулярного азота защитных сред как источника диффузионной массопередачи в сталь при термообработке, и как фактор, влияющий на технологические и служебные характеристики стали. На основе этих данных оценить'пригодность традиционных и разработанных альтернативных защитных сред для различных материалов. Для марок стали без требований по свариваемости и коррозионной стойкости разработать дешевую защитную атмосферу на базе азота кислородных станций, исключающую процесс газоприготовлэния и строительство соответствующих газозащитных станций.

Научная_новизна. Для легированной конструкционной стали впервые детально исследованы процессы массопередачи азота в сталь при смягчающем отжиге тонколистового проката в атмосферах, содержащих молекулярный азот (микроазотирование), в том числе кинетика процесса. Выявлено негативное влияние микроазотирования на свариваемость тонколистовой стали - технологическую характеристику производства ответственных изделий. Показано, что атмосфера чистого водорода является оптимальной средой для получения качественного металла без негативного микроазотирования и с обеспечением удовлетворительной свариваемости и требуемых стандартами механических свойств (подтверждено математической статистикой).

Подвергнут пересмотру традиционный необоснованный взгляд на азот как нейтральный компонент защитных атмосфер при отжиге тонколистовой конструкционной легированной стали.

Исследовано поведение тонколистовой нержавеющей стали различных структурных классов с определением количественных данных по негативному микроазотированию и влиянию на служебные характеристики (коррозионная стойкость) после термообработки в средах, содержащих азот или его соединения (азотоводородные смеси, диссоциированный аммиак). Полученные зависимости позволили успешно реализовать применение безазотной и экологически оптимальной атмосферы водорода для данного назначения.

Экспериментально и в промышленных условиях с привлечением методов математической статистики показано, что применение атмо-

/

сферы водорода вместо бедных азотоводородных смесей и экзогаза при отите проката не оказывает какого-либо негативного влияния на механические свойства.листовой конструкционной легированной стали как в смягченном, так и упрочненном (закалка с отпуском) состояниях. Изучена кинетика редиффузии водорода из стали в процессе вылеживания термообработанного в атмосфере водорода металла, а также кинетика изменения механических свойств металла в течение этого процесса.

Исследовано влияние влагосодержания водорода на концентрацию кислорода в нержавеющей стали, и впервые разработан объективный анализ качества светлой поверхности стали после термообработки с помощью прибора, определяющего коэффициент зеркального отражения, который по указанному критерию позволяет также оптимизировать параметры защитной атмосферы.

Изучение физико-химического механизма, термодинамический анализ и экспериментальные данные показали, что микроазотирование вызывает образование в нержавеющей стали химических соединений - нитридов. Изучены морфологические особенности нитридообра-зования: преимущественное расположение по границам зерен с характерной картиной межкристаллитной коррозии.

Исследован экономически и экологически оптимальный состав защитной атмосферы на базе азота с добавками природного газа для применения при смягчающей обработке толстолистового проката из конструкционной стали. Определены оптимальные параметры такой атмосферы, обеспечивающие ее защитные функции для термообработки стали с лимитируемым обезуглероживанием (но без жестких требований по свариваемости и коррозионной стойкости). В.этом плане намечены пути утилизации азота кислородных блоков разделения воздуха.

Практическая ценность. На основе приводимых в диссертации научных и технологических разработок существенно, дополнено и развито представление об азоте как активном компоненте большинства -защитных атмосфер. Изучено малоизвестное явление микроазотирования тонколистовой конструкционной и нержавеющей стали и его следствия на технологические и служебные характеристики стали.

Внедрение на Новолипецком металлургическом комбинате технологии отжига тонколистовой холоднокатаной легированной конструкционной стали толщиной до 2 мм в атмосфере водорода позволило исключить ухудшение свариваемости листов из-за микроазотирования поверхностных слоев металла. Повышение качества отожженного ме-

талла повысило выход годного на 30-50%. Реальный экономический эффект составил не менее 560 тыс.рублей в год ( с расширением внедрения - около 1,4 млн.рублей). На основе результатов исследований разработана действующая технологическая инструкция по отжигу 'стали указанного сортамента в атмосфере чистого сухого водорода.

Полученные зависимости микроазотирования нержавеющей стали и связи его с коррозионной стойкостью позволили определить допустимую максимальную продолжительность термообработки в азото-содержащих средах и - в общем случае - повысить качество листов путем повышения их коррозионной стойкости за счет рекомендации и применения оптимальной атмосферы водорода. Применение атмосферы водорода при термообработке рекомендовано в технологических заданиях на проектирование и строительство новых цехов производства холоднокатаных листов из нержавеющих марок стали.

Разработан и предложен объективный метод контроля качества поверхности холоднокатаной нержавеющей стали, полученной на многовалковых станах Сендзимира, с использованием прибора, измеряющего коэффициент зеркального отражения от металлической блестя-'щей поверхности.

На основе изучения влияния добавок углеводородов (природного газа) в чистый азот на защитные свойства такой атмосферы создана новая защитная среда для проведения необезуглероживаицего отжига толстолистовой конструкционной стали. Уточнены параметры оптимальной и экономичной защитной атмосферы (на базе азота кислородных станций).- Защитная атмосфера создана на основе безгенераторного смешения непосредственно в печи компонентов атмосферы и исключает необходимость строительства дорогостоящих газоприготовительных станций. Параллельно решены вопросы оптимизации тем-пературно-временных режимов отжига и сокращена на 10 ч (в 2 раза) его продолжительность для ряда марок конструкционной стали. Освоенная технология позволяет ожидать экономический эффект не менее 207 тыс.рублей в год при продолжении эксплуатации проходных печей.

Апробация работы. Основные положения и отдельные результаты работы доложены и обсуждены на Всесоюзной научно-технической конференции "Экономия материалов и энергии на основе прогрессивных процессов термической и химико-термической обработки" (г. Пенза, 1984).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 3'печатные работы и получено I положительное решение на выдачу автор-

ского свидетельства.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов и списка литературы. Работа изложена на 149 страницах машинописного текста, содержит 40 рисунков и 22 таблицы. Список литературы на 10 страницах, включающих 82 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении кратко описывается современное состояние вопроса, выдвигается ряд научно-технических задач, требующих своего решения и дается оценка технологических возможностей и оптимизаций, которые предоставит решение поставленных вопросов.

ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР В первой главе диссертации приведен аналитический обзор литературных источников, касающихся некоторых актуальных аспектов применения защитных азотоводородных атмосфер. Рассматриваются атмосферы на базе азота, причем, анализируемый спектр охватывает диапазон от чистого азота до чистого водорода.

Содержание азота в защитных атмосферах достаточно большое (от 25% в диссоциированном аммиаке до 96% в экзогазе).Тем не менее, традиционный взгляд отводит азоту место нейтральной составляющей и не учитывает его массопередачу в сталь. Актуальность исследования на современном этапе поведения его при термообработке определяется тем, что из-за периодических энергетических кризисов постоянно происходит рост стоимости производства защитных сред на основе продуктов неполного сгорания углеводородного газа. На этом фоне производство азота сохраняет достаточную стабильность и, кроме того, расширяющееся производство кислорода для целей сталеплавильного процесса постоянно увеличивает количество азота, являющегося побочным продуктом и требующего утилизации.

В обзоре рассмотрены вопросы использог ния азота кислородных станций в качестве базовой защитной а'_.лосферы при непосредственном вводе в печь-с добавками углеводородов, а также массо-передача азота при отжиге в азотосодержащих атмосферах.

По имеющимся литературным данным подавляющее большинство авторов считает азот защитных атмосфер нейтральным газом.

На основании приведенного в диссертации аналитического обзора сделаны следующие выводы:

I. В промышленно развитых странах нашел применение и разви-

ив метод получения защитной атмосферы смешением чистого азота с тлеводородными добавками, термически диссоциирующими в печи при 'емпературе процесса с образованием восстановительных и наугле-юживающих компонентов (Н2. СО). Последние сообщают атмосфере >зота необходимый восстановительный и углеродный потенциалы, 'ормозящие процессы окисления и обезуглероживания металла при термической обработке.

2. В рассмотренных работах, как правило, отсутствуют систе-1атические сведения о количестве вводимых добавок углеводородов, штимальном составе получаемой в печи атмосферы. Нет сведений о :вязи получаемых результатов по обезуглероживанию с температур-го-временным графиком режима термообработки. Остается неосвещен-юй газодинамика защитной атмосферы на базе азота в печи.

3. Отдельные публикации по массопередаче азота в нержавеющи сталь при термообработке свидетельствуют, что азот в защит-юй атмосфере (например, в диссоциированном аммиаке) нельзя рас-¡матривать как нейтральную составляющую. Однако, количественные 1анные по микроазотированию отсутствуют (нет оценок изменения, соррозионной стойкости, концентрационных изменений).

Исходя из изложенного, определены основные направления ис-;ледования взаимодействия защитных атмосфер на базе азота со ¡талью. Целью настоящей работы являлась разработка оптимальной ¡ащитной атмосферы для процессов термической обработки конструк-даонной и нержавеющей стали. Для решения этой общей задачи необ-:одимо было провести следующие исследования:

1. Исследование влияния таких элементов как азот, кислород, юдород и соединения углерода, содержащихся в защитных атмосфе-)ах, на концентрационные изменения их в поверхностном слое тер-юобработанного металла.

2. Установление степени влияния азота, основного компонента защитных атмосфер на его базе, а также водорода на технологи-юские и эксплуатационные характеристики стали после термической >бработки.

3. Разработка методов подавления массопередачи азота в ¡таль и определение области применения азотосодержащих атмосфер [ограничения на применение и альтернативный оптимальный вари-

1НТ).

4. Разработка технологических параметров дешевой атмосферы 1а базе азота для конкретного марочного сортамента стали (без <естких ограничений по свариваемости и микроазотированию) и тем-гературно-временных графиков отжига для конкретных печных терми-

ческих агрегатов.

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ АЗОТА ЗАЩИТНЫХ АТМОСФЕР С ТОНКОЛИСТОВЫМ ХОЛОДНОКАТАНЫМ ПРОКАТОМ ИЗ СВАРИВАЕМЫХ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАРОК СТАЛИ

Во второй главе представлены результаты исследования влияния азота защитных атмосфер, а также атмосферы водорода на тер-мообработанный тонколистовой прокат из свариваемых конструкционных марок стали.

На предварительном этапе получены данные по микроазотированию поверхностных слоев тонколистовой конструкционной стали при термообработке в азотосодержащей атмосфере экзогаза. Это определило направление исследования по изучению малоизвестных и неизвестных сторон взаимодействия азота защитных сред со сталью.

При отжиге тонколистовой конструкционной легированной стали марок 25-ЗОХГСА, 25-ЗОХСНВФА, 12Х2НВФА и 28-ЗЗХЗСНМВФА-Ш в азо-тосодержащей атмосфере экзогаза происходило постоянное насыщение поверхностных слоев металла азотом с превышением Влавочной концентрации, примерно, в 2-3 раза ( в поверхностных слоях - в 7 раз). Такое негативное микроазотирование из защитной атмосферы, содержащей, как долгое время считалось, в основном,нейтральную составляющую (96% азота), цриводило к 30-50% браку сварных изделий по причине порообразования. При формировании сварочной ванны образующиеся пузырьки азота, образовывали прерывистую цепочку пор, выявлявшуюся на стадии рентгеноконтроля.

Этот вывод подтвердил проводившийся комплекс исследований, при котором варьировались различные составы защитных атмосфер (как содержащие, так и не содержащие азот). В результате комплекса исследований был определен порог допустимого содержания азота в стали. Как оказалось, он ограничен плавочной концентрацией этого элемента (например, на уровне 0,02 весовых % для стали марки 28ХЗСНМВФА-Ш), что обеспечивает отсутствие пор в сварном шве изделия.

Наиболее приемлемой альтернативной защитной атмосферой для отжига тонколистовой конструкционной стали толщиной 0,8-2,0 мм признана атмосфера чистого сухого водорода. Указанная, атмосфера имеет достаточно большое распространение на металлургических предприятиях и может быть использована для данного назначения.

В ходе исследования проведен сравнительный отжиг стали в атмосферах азотоводородного газа (96Ж азота) и чистого сухого водорода. Полученные данные свидетельствуют, что при отжиге в атмосфере водорода за счет исключения процесса микроазотирования

поверхностных слоев стали полностью снимается проблема порообразования при сварке стальных листов. Одновременно, полученные данные показали также, что насыщения стального листа водородом сверх значений, имеющих место при применении бедных азотоводо-родных смесей, не происходит.

Тем не менее, разработка и внедрение альтернативной атмосферы чистого водорода потребовала всестороннего изучения вопроса о возможном водородном охрупчивании металла.

Проведение промышленных отжигов стаж март ЗЗХЗСНМВФА-Ш в атмосфере водорода в колпаковой печи показало, что длительное замедленное охлаждение садки металла в печи при отжиге - есть гарантия отсутствия наводороживания листовой стали. Экспериментальные данные убедительно свидетельствуют, что концентрация водорода в отожженном металле имеет тенденцию к постоянному снижению также и при последующем вылеживании, а проведение требуемой по дальнейшей технологии упрочняющей термообработке изделий снижает концентрацию водорода в стали,примерно,в 1,5-2 раза по сравнению с исходным состоянием.

Для исследования кинетики редиффузии водорода при вылеживании проведена специальная провоцирующая наводороживавдая обработка образцов из стали марки ЗЗХЗСНМВФА-Ш в течение 25 ч при температуре 760°С с фиксацией содержания водорода в стали погружением образца после термообработки в жидкий азот. Полученная зависимость концентрации водорода в стали от времени контроля показывает, что происходит постоянное снижение его концентрации в металле. Содержание водорода через 60 суток после отжига уменьшилось, примерно, в 4 раза, по сравнению с имевшим место непосредственно после отжига, до исходной плавочной концентрации.

Указанное снижение концентрации водорода в стали при вылеживании и упрочняющей термообработки является дополнительной гарантией качества металла.

Проведенный комплекс исследований с определением механических характеристик стали в состоянии поставки и после упрочняющей обработки на образцах позволил перейти к промышленному опробованию отжига в атмосфере водорода с его внедрением на НЛМК. Комплексная схема технологии предусматривает кооперацию двух металлургических предприятий: комбинатов "Запорожсталь" и НЛМК. На комбинате "Запорожсталь" производится сушка листов в атмосфэре экзогаза при температуре около 400°С. Этот найденный в процессе исследования технологический прием позволяет эффективно удалить с поверхности листов прокатные смазки и заменить моечную машину.

На НЛМК проводится отжиг в садочных колпаковых печах в атмосфере чистого сухого водорода.

Полученные промышленные статистические данные обработаны по методу Стьэдента с соблюдением принципа рандомизации. Показано, что отжиг в атмосфере водорода позволяет полностью исключить азотирование металла, обеспечить 100%-ную свариваемость листов при изготовлении ответственных изделий и обеспечить получение требуемого стандартами уровня механических характеристик.

Анализируя методом сравнения полученные данные по механическим характеристикам, например, стали марки 28ХЗСНМВФА-Ш после отжигов в атмосферах экзогаза и водорода можно сделать следующие заключения. Все механические свойства стали удовлетворяют требованиям стандартов после отжига в атмосфере водорода и не выходят за их пределы. Отжиг в атмосфере водорода не ухудшает пластичности металла и не увеличивает концентрации азота в стали. Таким образом, статистический анализ подтверждает достаточную репрезентативность указанного вывода.

Вместе с тем, конечное суждение о возможности применения водородной атмосферы можно вынести только после комплексного исследования механических характеристик металла, исключения вопроса о водородном охрупчивании.

В металле водород может находиться в двух состояниях: в виде атомов, диффундирующих через сечение листа, или же в виде молекул, образующихся в пустотах и задерживающихся дислокационными несовершенствами решетки.

В первом случае, для надежного представления о влиянии диффузионно подвижного водорода на механические свойства стали необходимы минимальные скорости статических испытаний. Во втором случае, для выявления влияния наводорокивакхцей среды на необратимую водородную хрупкость скорости испытания должны быть максимальны.

Исходя из изложенного, определение механических свойств проводили при растяжении плоских образцов на машине •Чг^гоп" в условиях замедленной скорости деформации (е = З'Ю-5 сек-1) и при определении ударной вязкости на копре МК-5 при комнатной температуре и при минус Б0°С.

Исследования проводились с учетом следующих факторов: влияние состава защитной атмосферы, температуры испытания, условий отжига (лабораторный или промышленный) и фактора вылеживания (интервала между испытаниями до 60 суток).

Анализ представленных в диссертации зависимостей показыва-

ет, что какого-либо отрицательного влияния атмосферы водорода на пластические характеристики исследованных марок стали не было обнаружено.

Накопление статистических данных по механическим свойствам стали показало, что отжиг в атмосфере водорода по сравнению с отжигом в атмосфере экзогаза приводит к некоторому, смягчению стали в состоянии поставки и незначительному снижению значений временного сопротивления, однако, всегда в пределах требований стандартов. Это может быть,предположительно, объяснено упрочнякь щим действием азота на поверхностные слои металла и более замедленным охлаждением металла при отжиге в атмосфере водорода.

Разработанная технология необезуглероживакпего и неазотирующего откига холоднокатаного тонколистового металла из конструкционной легированной стали в атмосфере чистого сухого водорода позволила обеспечить выполнение требований стандартов по механическим характеристикам и исключить дефекты сварки при производстве ответственных изделий.

Экономический эффект от внедрения технологии рекристаллиза-ционного отжига в атмосфере водорода за период успешного применения ее составил не менее 560 тыс.рублей в год (за счет ликвидации брака по свариваемости), а с учетом расширения внедрения на ряд предприятий-потребителей - примерно, I млн.460 тыс.рублей.

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ МИКРОАЗОТИРОВАНИЯ

И ОКИСЛЕНИЯ НЕРЖАВЕВДЕй СТАЖ ПРИ ТЕРМООБРАБОТКЕ В ЗАЩИТНЫХ АТМОСФЕРАХ

В третьей главе представлены результаты исследования процессов микроазотирования нержавеющей стали при термообработке в защитных азотосодержащих атмосферах и водороде. Одновременно уделено внимание вопросам качественного светлого отхига с сохранением блестящей поверхности стали после холодной прокатки на многовалковых станах Сендзимира и последущей терюобработки.

Исследовались марки нержавеющей стали различных структурных классов и систем легирования. Термообработка для производства холоднокатаной нержавеющей стали в идеальном случае не долкна ухудшать высокое качество состояния поверхности и поверхностного слоя, не должна сопровождаться процессами окисления гелеза, углерода и легируквдх элементов. Это требование стандартов достигается за счет дорогостоящей специальной отделки (шлифование, "подтравливание") или же применения защитных атмосфер при термической обработке.

В настоящей работе рассмотрены некоторые ранее мало освещенные аспекты, касающиеся предупреждения и контроля цроцессов массопередачи азота и кислорода при термообработке в защитных атмосферах.

Хромоникелевые и хромомарганцевые композиции нержавеющей стали (12Х25Ш6Г7АР, 15ХГ7АИ4, 03Х18Ш1, 12Х18Н10Т, 07П6Н6 и 12Х21Н5Т) подвергались закалке с температуры Ю50°С, хромистая сталь марки 08X13 - отжигу при температуре 800°С и. закалке при температуре 10Б0°С, сталь чарки 12X17 - отжигу при температуре 800°С. Применялись три типа защитных атмосфер: диссоциированный аммиак (ДА, с остаточным аммиаком 0.1%). модельный диссоциированный аммиак (МДА, смесь азота и водорода) и чистый водород. Исследования проводились на фольге толщиной 0,1 мм на установке ВНИИМТа.

Использование фольг толщиной 0,1 мм позволяет моделировать на них процессы, в данном случае азотирования и окисления, происходящие в поверхностном слое металла. Метод обладает акспрес-сностью, быстротой химических и металлографических анализов, при этом нет необходимости в трудоемком съеме поверхностного слоя металла с массивных образцов, имеющих сердцевину, не подверженную диффузионному воздействию.

С целью исследования массопередачи азота при термообработке нержавеющих аустенитосодержащих марок стали в азотосодержащих средах и водороде образцы помещались в печь при температуре Ю50°С и выдерживались в интервале от 2 до 30 минут: 2; б; 10; 20 и 30 минут. В рабочем пространстве печи поддерживалась постоянная температура точки росы атмосферы на уровне минус 40-45°С (для МДА и ДА) и минус Б5°С (для водорода).

В соответствии с поставленной задачей анализировалось влияние массопередачи азота на эксплуатационные характеристики стали различных структурных классов и систем легирования цри закалке в азотосодержащих атмосферах. С этой целью, после термообработки образцов в защитных средах, проводились испытания на общую коррозионную устойчивость в 30%-ной кипящей азотной кислоте в течение 50 ч с определением потерь веса, а также исследования микроструктуры поверхностных слоев.

Полученные зависимости концентрации азота в стали от продолжительности обработки в защитной атмосфере (см. рис.1) показали, что в процессе выдержки в средах МДА и ДА при температуре закалки нержавеющей стали происходит непрерывное повышение концентрации азота во всех рассматриваемых марках стали.

0,8

а о,2

о о о ев

я 0

■о

а> п

1,0 0,8 0,6

а] е* о

3 о, 4

о м

о о о а]

0,2

10 20 30

0,8 а, б

0,4 0,2 о

у

5 /

А /

а.

10 20 30

Продолжительность выдержки, мин.

1а

К1 Л з/

///у

1.0

0,8 0,6 0.4 0,2

10 20 30

10 20 30

Продолжительность выдержки, мин.

6

0

Рис.1 Зависимость концентрации азота в нержавеющей стали от продолжительности выдержки при температуре Ю50°С в атмосферах:

а) модельного диссоциированного аммиака (МДА);

б) диссоциированного аммиака (ДА).

Исследованные марки стали: I.- 12Х25Н16Г7Р, 2.- 15Х17Г14, 3.- 03Х18НП, 4.- 12П8Ш0Т, 5.- 07Н6Н6, 6.- 12Х21Н5Т.

С увеличением времени выдержки происходит повышение концентрации азота до значений 0.751Ж в МДА и 0,98% в ДА (по массе), что означает повышение исходной (плавочной) концентрации в 16,9 и 19,5 раз соответственно. Сравнение полученных зависимостей показывает, что основное влияние на азотирование стали в защитной среде оказывает молекулярный азот, а остаточный аммиак в ДА вносит лишь дополнительное микроазотирование стали.

В некоторых случаях прослеживается определенное влияние легирующих элементов на концентрацию азота в стали после термообработки. Так, марганец, при прочих равных условиях, в ряде случаев повышает концентрацию азота в стали более активно.

Ход кривых роста концентрации азота в стали после обработки в средах МДА и ДА различен. После обработки в МДА наблюдается вялый (до 30 минутных выдержек) нецрерывный рост концентрации азота, в то время как для обработки в среде ДА наблюдается тенденция к более активному насыщению (при 10-20 минутных выдержках) стали азотом.

Исследование микроструктуры нержавеющей стали показывает, что при мшфоазотировании азот в виде нитридов располагается по границам зерен.

Отмеченное микроазотирование оказывает влияние на рост скорости общей коррозии. Из анализа приведенных на рис.1 и 2 графиков видно, что с увеличением времени выдержки и повышением концентрации азота в стали происходит ухудшение коррозионной стойкости после термообработки в средах МДА и ДА. Так, обработка в среде МДА увеличивает скорость коррозии в 3-9 раз.

В то же время, как и при анализе концентрационных кривых микроазотирования, можно отметить, что при небольшой продолжительности выдержек термообработки (около 2 минут) в МДА не происходит существенных изменений концентрации азота и, соответственно, ухудшения коррозионной стойкости.

Термообработка нержавеющей стали в атмосфере чистого водорода показала, что, как и в случае с конструкционной сталью, рассмотренной во второй главе, применение атмосферы водорода -атмосферы, не содержащей азота, - улучшает положение и не приводит к ухудшению коррозионной стойкости стали.

При термообработке стали марки 08X13 в атмосфере МДА также происходит активное микроазотирование при температуре Ю50°С с повышением концентрации азота в стали, примерно, в 5 раз. Обработка стали при температуре 800°С (отжиг) естественно снижает азотирование в МДА, тем не менее, скорость коррозии остается вы-

а.

ЕГ

<4, \ и

О

»

Рл

О

«

ЕГ

хэ

л

Е-> О О Р<

О «

о

ОСЛО

НОЮ

/ /

/ К/

/ У

/ К ]

V <1 * /ь

ю ю

Продолжительность выдержки, мин.

У

4«

а я

СО

о Рч

о.

о и

е о о

Л ен о о Рч

э «

-Э

ом

о.з

в.г

* / /

/ /

/ / / 2 - 1

\// \\\ Г ' у _ ---" 3

го зо

/

/ / /

/ г—"--"

ю

за

Продолжительность выдержки, мин.

Рис.2 Зависимость скорости общей коррозии нержавеющей стали от продолжительности выдержки при температуре Ю50°С в средах

водорода (-), МДА (а---) и ДА (б---) стали аустенитного

класса 12Х25Н16Г7Р (I), 15П7Г14 (2), 03Х18Н11 (3) и 12Х18НШГ (4), аустенито-мартенситного класса 07Х16Н6 (5) и аустенито-ферритного класса 12Х21Н5Т (6).

сокой и дополнительная закалка при температуре 1050°С в атмосфере водорода не улучшает .положения: коррозионная устойчивость стали при такой обработке, примерно, в 4 раза ниже, чем при отжиге в среде водорода. Аналогично этому происходит и микроазотирование стали марки 12X17.

Таким образом, показано, что при термообработке.в азотосо-держащих атмосферах происходит микроазотирование нержавеющей стали из молекулярного азота с ухудшением коррозионной стойкости. Альтернативной атмосферой для защиты стали от микроазотирования может служить атмосфера чистого сухого водорода.

Важным параметром качества нержавеющей ленты является сохранение ею блестящей поверхности после термической обработки. В связи с этим проведены исследования по торможению процесса окисления стали в атмосфере водорода при проведении термообработки.

Отжиг стали в атмосфере водорода с различной температурой точки росы (ттр) дает основание на получение удовлетворительных результатов по безокислительной обработке при температуре Ю50°С в течение 2 минут только при ттр ниже минус 34°С. При такой обработке концентрация кислорода в нержавеющей стали (например, марки 12Х18Н10Т) остается на уровне исходной, до отжига, концентрации. Это подтверждается и данными по скорости общей коррозия в зависимости от низких значений ттр атмосферы водорода.

Следует, однако, отметить, что получение влагосодержали; защитной атмосферы водорода на уровне ттр минус 40-50°С пока чтс является максимально достижимым в протяжных печах для закалю нержавеющей стали. Падение же коррозионной устойчивости стали < повышением температуры точки росы атмосферы водорода можно объяснить процессом развития окисления хрома и железа с сопутствующей дехромизацией твердого раствора.

Окисление поверхности стали отражается на ее потемнении, » методы визуального контроля носят субъективный характер. Используя прибор, основанный на определении отражательной способноси плоского образца, становится возможным проведение объективное контроля качества поверхности холоднокатаной стали после светло го отжига в атмосфере водорода.

Полученные зависимости влияния ттр атмосферы водорода пр закалке (при температуре Ю50°С) нержавеющей стали на коэффици ент зеркального отражения (кзо) показали, что понижение ттр д уровня минус 44°С позволяют, примерно, в 1,5-2 раза улучшить кз стали после термообработки по сравнению с исходным уровнем. Та кое улучшение кзо поверхности стали по сравнению с исходным со

стоянйем, своего рода осветление исходной поверхности, по нашему мнению, связано с восстановлением исходных поверхностных оксидов при высокотемпературной обработке в атмосфере водорода с достаточно низким влагосодержанием.

В реальном производстве имеет место довольно широкий диапазон толщины холоднокатаного металла. Как известно, с повышением количества проходов при холодной прокатке уменьшается степень шероховатости поверхности металла. Такое изменение шероховатости четко отражается на дифференциации значений кзо материала как в исходном состоянии, так и после светлой термообработки.

Исследование влияния ттр водорода на кзо показало, что при прочих равных условиях переход от влагосодержания с ттр минус 20°С к влагосодержанию с ттр минус 40°С приводит к повышению кзо в 1,5-4 раза. Анализ полученных зависимостей убедительно свидетельствует о прямой пропорциональной зависимости кзо от концентрации окислителя в защитной атмосфере водорода.

Подводя итоги закономерностей, приведенных во второй и третьей главах диссертации, можно с полной уверенностью констатировать обнаруженное негативное влияние азотосодержащих атмосфер на технологические и служебные характеристики тонколистовой стали различного назначения. Микроазотирование стали, поражая поверхностные слои тонколистовой стали, вызывает порообразование при сварке конструкционной стали и снижение коррозионной стойкости нержавеющей стали. Исключение массопередачи азота возможно при термообработке таких марок стали в атмосфере чистого сухого водорода.

Следует отметить, что микроазотирование имеет отрицательные следствия (например,неудовлетворительная свариваемость конструкционной стали) в том случае, когда толщина дефектного микроазо-тированного слоя становится соизмеримой с толщиной проката (это имеет место на тонколистовом металле). В случае толстолистового проката, термообработанного в азотосодержащих защитных атмосферах, ухудшения свариваемости, как правило, не происходит (очевидно, "срабатывает" масштабный фактор). Для толстолистовой конструкционной стали нет жестких требований к качеству поверхности, отсутствуют и требования по коррозионной стойкости.

В связи с этими обстоятельствами, подходы к выбору оптимальной защитной атмосферы для толстолистовой горячекатаной конструкционной стали другие по сравнению с рассмотренными выше для тонколистовой конструкционной и нержавеющей стали. Для толстолистовой стали массового производства на первый план выдвигаются

требования дешевизны атмосферы. Из технических требований, как ниже будет показано, основным является предупреждение обезуглероживания при термообработке, так как дешевые защитные атмосферы часто обладают сниженными восстановительными свойствами. Для стали указанного сортамента разработана экономически оптимальная атмосфера на базе азота кислородных станций. Эти разработки описаны в четвертой главе диссертации.

РАЗРАБОТКА ЗАЩИТНОЙ АТМОСФЕРЫ ДЛЯ СМЯГЧАЮЩЕЙ ТЕРМООБРАБОТКИ СТАЖ НА БАЗЕ АЗОТА С ДОБАВКАМИ ПРИРОДНОГО ГАЗА

В четвертой главе представлены результаты разработки защитной атмосферы (для смягчающей термообработки конструкционной толстолистовой горячекатаной травленной стали) на базе азота кислородных станций с добавками природного газа.

В главе диссертации рассмотрены вопросы создания дешевой атмосферы на базе азота чистотой 99,98%, получаемого на блоках разделения воздуха КА-5.

Термическая обработка горячекатаного протравленного проката в атмосфере чистого азота (по сравнению с обработкой без защитной атмосферы) позволяет понизить окалинообразование на поверхности проката. Однако, современный уровень требований потребителей предъявляет к прокату дополнительные жесткие ограничения по величине допустимого обезуглероживания. Это условие может быть реализовано только за счет подавления процессов диффузии углерода в газовую среду из поверхностных слоев металла при термической обработке.

Одним из способов предупреждения обезуглероживания является создание над поверхностью металла в газовой среде углеродного потенциала, равного содержанию углерода в металле. Реализация данного условия осуществлена путем введения в атмосферу азота углеводородных соединений в виде добавок природного газа. Разложение таких соединений при температуре процесса термообработки дает возможность получения в печном пространстве достаточного количества восстановительных и науглероживающих компонентов для защиты металла от обезуглероживания.

Разработка атмосферы азота с добавками природного газа (АДПГ) проводилась применительно к отжигу конструкционной листовой горячекатаной стали толщиной 4-12 мм марок 25-ЗОХСНВФА, 85Ш и 25-ЗОХГСА в трехкамерных проходных печах конструкции Стальпро-екта, размещенных на Волгоградском металлургическом заводе "Красный Октябрь".

Проведенные лабораторные эксперименты по исследованию влияния добавок природного газа в атмосферу азота на защиту от обезуглероживания показали, что только добавки природного газа (дпг) на уровне 8-9 объемных % обеспечивают над поверхностью металла требуемый уровень углеродного потенциала. В ином случае возможно или обезуглероживание стали, или активное сажевыделеяие на поверхности образцов.

Полученная защитная атмосфера является слабо восстановительной с рядом ограничений. Повысить ее восстановительную способность и углеродный потенциал возможно путем повышения температуры отжига до температуры около 900°С для увеличения степени разложения метана. Однако, этот путь вызывал опасения, связанные с понижением стойкости радиационных труб. Поэтому, в результате проведения исследований по оптимизации температурно-временных параметров отжига найдены режимы подкритического отжига при температурах 720-740°С, позволяющие обеспечивать требования по допустимому обезуглероживанию и значительно упростить технологию.

Создание атмосферы АДПГ осуществлялось при непосредственном вводе компонентов атмосферы в печное пространство и смешением азота с природным газом в камере печи. Это позволило отказаться от строительства газоприготовительной станции и упростить приготовление атмосферы.

Для отжига используются горячекатаные протравленные листы. Тем не менее, в печное пространство при загрузке попадает достаточно большое количество окислителя. На промышленной трехкамер-ной печи изучалась кинетика изменения параметров защитной атмосферы в процессе нагрева садки металла до температуры 760°С. Как показано в приведенных в диссертации данных окислительные компоненты, вносимые садкой при загрузке, вытесняются азотом и восстановительными компонентами атмосферы уже в первые 1,5 часа отжига. Таким образом, к концу прогрева металл находится в печи при постоянном воздействии на него восстановительных компонентов атмосферы АДПГ, что иллюстрируется возвратом влагосодержания атмосферы на исходный уровень минус 32-35°С по ттр.

В плане практического использования атмосферы АДПГ изучена кинетика изменения концентрации ее компонентов при изменении температурного интервала отжигов от 720 до 780°С в зависимости от количества вводимых в азот добавок природного газа (рис.3). Кинетика изменения состава печной атмосферы анализировалась по таким восстановительным и науглероживающим компонентам как СН4, Н2 и СО. Полученные зависимости, а также сопоставление их с дан-

сн

я

3 о

о

£ 4

0 / ;

<

/ ( //

I)

------

Добавки природного газа, % (объемы.)

б 8 Добавки природного газа, % (объемы.)

Рис.3 Кинетика изменения состава печной атмосферы, темпер

туры точки росы (-), глубины обезуглероживания (----) ста

марки 25ХСНВФА в зависимости от температуры (720°С - х, 750°С • , 780°С - о) и величины добавок природного газа к атмосфе чистого азота.

ными по влагосодержанию атмосферы АДПГ и достигаемой защите от обезуглероживания показали, что оптимальным уровнем дпг следует (для данного температурного интервала) считать 8-9 объемных процентов. При увеличении температуры термообработки и, как следствие, увеличении степени разложения метана добавки пригодного газа могут быть снижены.

Проведение отжигов с образцами с зачищенной до/металлического блеска поверхностью и последующий контроль глубины их обез-углероженного слоя показали, что в принципе данный состав защитной атмосферы может быть использован для светлого отжига стали. Из-за отсутствия необходимости в такого рода экспериментах данное направление не было доведено до завершения.

В результате проведенных•исследований на трехкамерных печах разработана оптимальная схема газовводов и газопотока в печи с тщательным перемешиванием атмосферы АДПГ и наиболее полным использованием восстановительного потенциала атмосферы.

На промышленную печь перенесены и отработаны режимы подкри-тического отжига конструкционной стали. В результате освоения нетрадиционных температурно-временных режимов оптимизирован температурный график отжига и снижена .примерно, до 50% его цродол-жительность. Так для стали марки 25-30ХСНВФА продолжительность отжига сокращена с 21 до II часов. Цри этом выход годного металла составляет от 97 до 100% при условии соблюдения технологических параметров отжига.

Создание новой защитной атмосферы оптимального состава с оптимизацией режимов отжига освоено на трехкамерных печах. Цри этом обеспечиваются все требования стандартов, что подтверждено накопленными статистическими данными.

Ожидаемый экономический эффект составил 207,753 тысяч' рублей в год за счет снижения текущих затрат, связанных с производством водорода. Использование более дешевой защитной атмосферы позволило отказаться от строительства газозащитной станции, рассчитанной на производство азотоводородной атмосферы, (по проекту) стоимостью более 2 млн.рублей.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Исследованы физико-химические особенности поведения азота как компонента следующих исследованных защитных контролируемых атмосфер (экзогаз - ПС0-09 - 2-4% СО, 2-4% 96-92% азота; диссоциированный аммиак - 75% 25% азота, 0,11-0,15% остаточного аммиака; "модельный" диссоциированный аммиак - смесь, 75% К, и 25% азота; азотоводородный газ - 96% азота и 4% Н^;

азот с добавками природного газа - 92-91% азота и 8-9% СН4), применяемых при термообработке конструкционных и нержавеющих марок стали. Установлено, что молекулярный азот атмосфер заметно диссоциирует при температурах термообработки (760-Ю50°С) и является причиной диффузионной массопередачи этого элемента в сталь.

Установлено, что указанная массопередача азота отрицательно влияет на свариваемость тонколистовой холоднокатаной конструкционной стали и общую коррозию тонколистовой холоднокатаной нержавеющей стали. Показана эффективность термообработки конструкционной и нержавеющей стали в атмосфере чистого водорода с низкой температурой точки росы (влагосодержанием), что позволяет в результате улучшить свариваемость и коррозионную стойкость.

Разработаны параметры новой в отечественной практике экономически оптимальной атмосферы на базе азота с добавками углеводородов (прифодного газа) для термообработки толстолистовой конструкционной стали с лимитируемым обезуглероживанием, без требований по свариваемости и светлой поверхности.

2. В результате исследования массопередачи азота в сталь. при термообработке в азотосодержащих атмосферах подвергнуты существенному уточнению технологические представления об азоте как нейтральном компоненте указанных атмосфер, получены количественные данные по кинетике массопередачи азота.

Установлено, что указанная массопередача азота, возникающая при рекристаллизационном отжиге тонколистовой конструкционной стали марок 28-ЗЗХЗСНМВФА-Ш, 25-ЗОХГСА, 25-ЗОХСНВФА и 12Х2НВФА в атмосферах азотоводородного газа и экзогаза (ПС0-09), приводит к повышению до 3 раз плавочной (0,014-0,020%) концентрации азота в металле. При термообработке нержавеющей стали марок 12Х25Ш6Г7Р, 15Н7И4, 03Х18НН, 12Х18Н10Т, 07Х16Н6 и 12Х21Н5Т в атмосфере "модельного" диссоциированного аммиака исходная (0,029-0,05%) концентрация азота в холоднокатаной фольге толщиной 0,1 мм увеличивается в 4-17 раз.

3. Поверхностное азотирование оказывает негативное влияние на технологические и служебные характеристики конструкционной и нержавеющей стали. Микроструктурно азотирование нержавеющих марок стали обнаруживается сеткой нитридов по границам аустенитных зерен.

Повышение плавочной концентрации азота при отжиге тонколистовой (от 0,8 до 2,0 мм) конструкционной стали исследованных марок в азотосодержащей атмосфере экзогаза (ПС0-09) ухудшает сва-24

риваемость листов при производстве ответственных изделий, оцениваемую по выявлению пор в сварном шве при рентгеноконтроле.

Азотирование указанных нержавеющих марок стали различных структурных классов (аустенитные, аустенито-мартенситные, аусте-нито-ферритные, феррито-мартенситные) при температуре закалки (Ю50°С) и выдержке в течение 30 минут в азотосодержащей атмосфере увеличивает скорость общей коррозии. Для стали марки 12Х18Н10Т скорость общей коррозии при термообработке в "модельном" диссоциированном аммиаке возрастает в 2,3 раза, а в диссоциированном аммиаке - в 9,3 раза по сравнению с исходным уровнем (0,0364 г/м^ч).

4. Исключение массопередачи азота в сталь достигается применением при термообработке конструкционной и нержавеющей стали атмосферы чистого сухого водорода, не содержащего в составе азота.

Отжиг конструкционной стали марок 28-ЗЗХЗСНМВФА-Ш, 12Х2НВФА 25-ЗОХГСА и 25-ЗОХСНВФА в атмосфере чистого водорода с температурой точки росы не выше минус 30-40°С позволяет устранить неудовлетворительную свариваемость листового металла и обеспечить проведение термообработки без обезуглероживания. Отжиг в атмосфере водорода (по данным статистического анализа) не ухудшает механических (ов, от, 8, ГОС) и технологических (угол загиба) свойств стали, и обеспечивает их получение на уровне требований стандартов и ТУ как после смягчающей, так и после упрочняющей термообработки.

Термообработка нержавеющей стали в атмосфере сухого водорода с температурой точки росы не выше минус 40-50°С позволяет полностью исключить азотирование стали, сохранить коррозионную устойчивость на исходном (до термообработки) уровне и требуемый стандартами и ТУ металлический блеск исходного металла, прокатанного на многовалковых станах Сендзимира. Термообработка нержавеющей стали исследованных марок в атмосферах, содержащих азот, возможна только при условии продолжительности выдержек не свыше 2 минут (кроме стали, легированной марганцем - 12Х25Ш6Г7Р и 15Х17Г14), так как за данное время азотирование не успевает развиться (например, при закалке нержавеющей ленты в протяжных башенных печах).

5. Разработан фотометрический метод объективного контроля степени металлического блеска стальной холоднокатаной нержавеющей ленты, основанный на определении коэффициента зеркального отражения металлической поверхности, позволяющий получать коли-

явственные оценки качества поверхности.

6. В результате проведенного комплекса исследований разработаны и выданы технологические рекомендации по применению защитной атмосферы чистого водорода при термообработке конструкционной и нержавеющей стали.

На их основе впервые в СССР разработана и внедрена технология производства тонколистовой конструкционной стали толщиной 0,8-2,0 мм, подвергающейся сварке ответственных изделий у потребителя. Технология включает удаление прокатных смазок с поверхности металла методом сушки ("Запорожсталь") при температуре 350-450°С в атмосфере экзогаза и последующий отжиг в атмосфере водорода (ШШК). Разработана технологическая инструкция отжига е атмосфере водорода. На заводах-потребителях накоплен длительны! положительный результат использования металла, отожженного, в атмосфере водорода, подтверждающий эффективность предложенной технологии.

Результаты исследования нержавеющих марок стали использованы при подготовке технологических заданий на термообработку (включая применение защитных атмосфер на стадиях производства! этой стали на ЧМК и ОЭМК.

7. Впервые в СССР разработана и освоена в промышленных условиях завода "Красный Октябрь" экономичная защитная атмосфер; на базе азота для отжига толстолистовой конструкционной стали < контролем на обезуглероживание.

Для отжига толстолистовой конструкционной горячекатаной ] протравленной стали марок 25-ЗОХСНВФА и ,85Ш толщиной более 4 М1 с лимитируемым обезуглероживанием и без требований по сваривае мости и светлой поверхности разработана экономически оптимальна атмосфера чистого (99,98%) азота с добавками 8-9% природного га за. Установлено, что температура точки росы в печном пространст ве при использовании указанной атмосферы должна быть не вше ми нус 30°С. Указанная атмосфера является полноценным заменителе бедных азотоводородных смесей и экзогаза, требующих для своег получения строительства специальных дорогостоящих газозащитны станций. Атмосфера обеспечивает проведение отжига с защитой ме талла от обезуглероживания. Для создания атмосферы используете азот кислородных станций, являющийся побочным продуктом произвс детва кислорода.

Применительно к специфике конструкции, современных трехкаме рных печей'и указанной защитной атмосферы скорректированы темпе ратурно-временные режимы смягчающего отжига стали с рекомендащ

ей следующих режимов:

для стали марок 25-ЗОХСНВФА: 740°С, 10 часов; для стали марки 85Ш: 720°С, II часов

с дальнейшим охлаждением до температуры цеха в третьей камере печи, оборудованной охлаждающими трубами. Это позволило сократить продолжительность отжига с 21 до II часов (на 50%) и заменить неполный отжиг на оптимальный подкритический. Новая атмосфера и режимы отжига прошли успешное промышленное опробование. 9. Экономический эффект от проведенной работы составляет:

- от внедрения впервые в СССР рекристаллизационного отжига в атмосфере водорода холоднокатаных конструкционных марок стали, подвергающихся сварке у потребителя, по новой технологии на НЛМК не менее 560 тыс.рублей в год;

- от применения впервые в СССР технологии смягчающего отжига горячекатаных листов из конструкционной стали с лимитируемым обезуглероживанием в атмосфере чистого азота с добавками природного газа не менее 207 тыс.рублей в год (ожидаемый).

По материалам диссертации опубликованы следующие работы:

1. Брунзель Ю.М., Кирнос И.В., Клышников С.Т., Фомин И.М., Шаповалов Э.Т. Оптимизация защитных атмосфер для термообработки кор-розионностойких сталей.// Сталь.-1983.-Ы 8.- С.71-72.

2. Брунзель Ю.М., Фомин И.М., Кирнос И.В.,. Хазанов B.C. Влияние влажности водорода при светлом отжиге холоднокатаной нержавеющей стали на качество поверхности, оцениваемое по коэффициенту зеркального отражения.// Термическая обработка и металловедение качественных сталей и сплавов: Тематич. сб. научн. трудов ЦНИИчер-мета. М.: 1983.- С.32-34.

3. Фомин И.М., Брунзель Ю.М., Кирнос И.В., Ивонин А.К. Влияние азота контролируемых атмосфер на коррозионную стойкость нержавеющих- сталей, подвергнутых светлому отжигу.// Влияние легирования и термообработки на свойства качественных сталей и сплавов: Тематич. сб. научн. трудов ЦНИИчермета. М.: 1985.- С.43-48.

По материалам диссертации получено авторское свидетельство: I. A.c. (СССР). Способ термической обработки конструк-

ционных сталей./ Брунзель Ю.М., Фомин И.М., Пылина А.Ф.// 1991.

Черметинформация, зак. 962 тир* 100 экз.

уч.-изд.л. 1,25 усл.печ.л. 1,75

от 31 10 91г,