КАТЕГОРИИ:
АстрономияБиологияГеографияДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника
|
Специальный раздел. Разработка технологии противофлокенной обработки прокатываемого металла
Склонность стали к флокенобразованию, обусловленная наличием в металле диффузионно-подвижного водорода, в конечном итоге приводит к образованию несплошностей в готовом прокате, проявляющихся при проведении ультразвукового контроля. Наличие в металле диффузионно-подвижного водорода способствует образованию флокенов за счет резкого снижения растворимости водорода при переходе стали из жидкого состояния в твердое. Образование зон с повышенной адсорбцией водорода, где зарождаются флокены, стимулируют внутренние напряжения, которые возникают в стали при пластической деформации, неравномерном охлаждении. Возникновению флокенов также способствует сопротивление металла разрушению в местах концентрации напряжения около скоплений дефектов макроструктуры, неметаллических включений, ликвационной неоднородности. В связи с ужесточением требований по чистоте стали в настоящее время предъявляются повышенные требования к содержанию в ней водорода. Уже на протяжении многих лет ведётся работа по поискам новых способов борьбы с этим видом дефектов. Известен способ производства стального проката, который включает протифлокенную обработку путем замедленного охлаждения листов в стопах. В ЛПЦ-3000 технологический процесс производства толстолистового проката ответственного назначения включает противофлокенную обработку путем замедленного охлаждения листов в штабелях в течение 48 часов и более, независимо от концентрации водородав сталии толщины проката. Данный способ обеспечивает требуемое качество проката,однако имеет ряд недостатков, а именно: существенно увеличивается цикл производства толстолистового проката, повышает трудоёмкость, что ограничивает возможность наращивания его производства. Попробуем сдвинуться с мёртвой точки и определить более современный способ борьбы с флокенами на базе лабораторных разработок мариупольских металлургических комбинатов им. Ильича и Азовстали. 3.7.1.Влияние режимов противофлокенной обработки на десорбцию водорода и качество толстолистового проката из непрерывнолитой стали
В сортаменте сталей, выплавляемых на "Азовстали", содержание водорода, определяемое системой ГИДРИС в расплаве в промежуточном ковше МНЛЗ, колеблется в широких пределах (от 3-4 до 10-11 ррm) и зависит от трудно контролируемых факторов (влажность атмосферы, шлаков, ферросплавов и др.). Противофлокенная обработка (ПФО) слябов, используемая на комбинате и заключающаяся в вылеживании их в термосах (под колпаками) в течение 96 ч независимо от концентрации водорода, обеспечивает требуемое качество проката, однако является экономически неэффективной и научно необоснованной. Целью настоящей работы является исследование связи между содержанием водорода в металле, продолжительностью ПФО слябов и свойствами толстолистового проката для определения оптимальной продолжительности ПФО, обеспечивающей необходимый уровень качества стали в зависимости от исходной концентрации водорода. Материалом исследования служила конструкционная низколегированная сталь А 572.50 опытной и промышленной выплавки следующего химического состава: 0,18-0,21 С; 1,42-1,48 Мп; 0,003-0,006 S; 0,015-0,019 Р; 0,03-0,05 Ni; 0,032-0,038 Аl; 0,022-0,028 Ti. Опытная серия выплавлялась в лабораторных условиях в индукционной печи; расплав после выдержки 10-15 мин при 1600 °С и продувкой с различной интенсивностью осушенным водородом разливался в изложницы размером 15x90x400 мм. Полученные литые образцы, рассматриваемые как модель промышленных слябов в масштабе 1:20, охлаждались в изложницах до 900°С, извлекались и помещались стопами по 10 шт. от каждой плавки в печь для медленного охлаждения. Скорость охлаждения составляла 20 град/ч в интервале температур 900-400°С; 5 град/ч — в интервале 400-200 °С; 1,5 град/ч — в интервале 200-150 °С. Общая продолжительность охлаждения составила около 100 ч, т. е. в лабораторных условиях был смоделирован процесс реального ПФО, применяемой в конвертерном цехе "Азовстали". Для детального исследования были выбраны три лабораторные плавки с различным содержанием водорода — 4,2; 7,8; 11,7 ррm. В процессе охлаждения через каждые 10 ч извлекали по одному слитку от каждой плавки, из которого специальным кольцевым сверлом вырезались цилиндрические образцы, подвергаемые закалке в жидком азоте. Содержание водорода определяли стандартной методикой на газоанализаторе LЕКО. На рис. 3.7.1. приведены результаты по кинетике десорбции водорода в образцах опытных плавок, анализ которых показывает, что десорбция водорода существенна в течение первых 30-40 ч в диапазоне температур 900-300 °С, а в дальнейшем практически прекращается.
Рисунок 3.7.1. Кинетика десорбции водорода при его различных исходных содержаниях в стали лабораторной выплавки
Как следует изграфиков, приведенных на рис. 8, степеньдесорбцииводорода зависит от его исходного содержания и составляет порядка 41, 36 и 25 % для образов с 11,7, 7,8 и 4,2 ррm водорода соответственно. Водород при противофлокенной обработке углеродистых и легированных сталей ферритно-перлитного класса выделяется при охлаждении до 250-300 °С. При более низких температурах выделение водорода настолько затруднено вследствие замедления диффузии, что дальнейшее медленное охлаждение нецелесообразно. Кроме того, растворимость водорода в железе скачкообразно меняется лишь пои аллотропических превращениях, которые при температурах ниже 300 °С не наблюдаются. Результаты лабораторного эксперимента позволили без риска нарушения технологии перейти к опытно-промышленному исследованию влияния времени ПФО непрерывнолитых слябов на качество толстолистового проката. Материалом исследования служили три серии промышленных плавок конструкционной низколегированной стали А-572.50. Плавки были разбиты на три условные группы: с низким (3-5 ррm), средним (6-8 ррm) и высоким (9-11 ррm) содержанием водорода. Слябы от каждой из трех групп проходили ПФО (охлаждение под колпаками) различной продолжительности. Опытные слябы после фракционной ПФО были сформированы в одну партию и прокатаны в ТЛЦ "Азовстали" по принятой технологии с полистным ультразвуковым контролем (УЗК). Для исследования влияния водорода была применена специально разработанная методика оценки качества толстолистового проката посредством определения структурно-чувствительных характеристик металла в области осевой ликвации. Зона осевой ликвации, являясь как бы стоком неметаллических включений, примесей и газов, способна порождать микротрещины, поры и другие виды несплошностей. Поэтому ее свойства по сравнению со свойствами вдоль и поперек прокатки будут более чувствительны к содержанию водорода и продолжительности ПФО, особенно в направлении толщины проката (z-направление). Усредненные результаты определения структурно-чувствительных характеристик ( и КСV) зоны осевой ликвации в листах толщиной от 50 мм и более с разным исходным содержанием водорода и после различной продолжительности ПФО приведены на рис. 9, а, б, откуда следует, что свойства металла осевой зоны непосредственно зависят как от содержания водорода в стали, так и от времени ПФО.
Рисунок 3.7.2. Зависимость (а) и KC (б) в зоне осевой ликвации от времени ПФО Оценка влияния водорода и времени ПФО на качество проката по УЗК проводилась по ТИ 232-133-88 (класс 1). Определяли значение S, представляющее общую площадь в квадратных сантиметрах, занимаемую всеми видами несплошностей на 1 м2 листа. В соответствии с требованиями 1-го класса сплошности толстолистовой прокат считается удовлетворяющим требованиям, если значение S не превышает 200 см2. Усредненные результаты определения S в зависимости от концентрации водорода и времени ПФО приведены на рис. 3.7.3. Рисунок 3.7.3. Зависимость общей площади несплошностей по УЗК в толстолистовом прокате от времени ПФО Полученные результаты показывают, что существует определенная зависимость между содержанием водорода в расплаве, определяемым системой ГИДРИС в промежуточном ковше МНЛЗ при разливке, временем выдержки непрерывнолитых слябов под колпаками и качеством толстолистового проката. Статистический анализ позволил определить минимальную продолжительность ПФО с уровнем достоверности 0,9 для каждого из определяемых параметров ( , КС , УЗК), при которой данный параметр становится постоянным (рис. 9), т. е. кривая зависимости выходит на плато либо, как в случае УЗК, общая площадь несплошностей не превышает допустимого для данного класса значения (200 см2/м2). Учитывая, что время выхода на насыщение (минимальная продолжительность ПФО) у разных параметров отличается (таблица 1), то для построения номограммы использовалось значение того параметра (в данном случае это оказалось ), для которого необходима максимальная продолжительность ПФО для получения необходимого уровня свойств. Таблица 3.7.1.
|