книги из ГПНТБ / Шнееров, Я. А. Полуспокойная сталь

уже производили лист толщиной 4—50 мм, круг диамет­

им. Ильича, Криворожском, «Азовсталь», им. Дзержин­ ского и Енакиевском, а также на Кузнецком и Магнито­

новые марки низколегированных полуспокойных сталей повышенной прочности с микролегированием ванадием (18ГФпс для горячекатаного и термоулучшенного толс­

(18Г2АФпс и 15Г2АФДпс для нормализованного толсто­ го листа в сварных конструкциях, 20Г2АФпс для горяче­

В 1953 г. на Выксунском заводе была разработана технология и освоено производство мартеновской штрипсовой полуспокойной стали вместо кипящей для произ­ водства труб печной стыковой сварки. Сталь раскисля­

металл в изложницах оказывался на 100—150 мм ниже заданного уровня наполнения [5, 10, 11, 13]. В резуль­ тате перехода на такую технологию был устранен брак по расслою, характерный для штрипсов из кипящей

с раскислением алюминиевой дробью в количестве 200—450 г/т стали (в зависимости от содержания угле­ рода) через центровую в конце наполнения изложниц металлом была освоена в 1959—1960 гг. на заводе «За-

10

порожсталь» [5, 10, 11, 14]. Выход годного на слябинге при этом повысился на 2—3% по сравнению с кипящей сталью при неизменном выходе годного листа из слябов.

Исследования по разработке и внедрению аналогич­

в 1960 г. на Закавказском металлургическом заводе [6, 10].

На Сулинском металлургическом заводе [11] таким же способом с 1961 г. раскисляют полуспокойную сталь

и уменьшились простои волочильных станов вследствие обрывов проволоки из кипящей стали.

Таким образом, исследования и освоение технологии производства полуспокойных сталей в СССР вели с целью замены как спокойных, так и кипящих сталей. Определились два способа производства полуспокойной стали — с раскислением в печи и в ковше и с раскисле­ нием через центровую в конце наполнения изложниц металлом при сифонной разливке. Второй способ при­

и при отсутствии машин огневой зачистки стали в пото­ ке. Вместе с тем более 60% полуспокойной стали произ­ водится на заводах, разливающих сталь сифонным способом и не имеющих таких устройств.

В настоящее время полуспокойную сталь широко производят на 17 крупных металлургических заводах

СССР. Масса слитка, как правило, > 7 т. Наиболее крупными производителями полуспокойной стали с рас­

11

ды: «Азовсталь» (24,5%), Енакиевский (30,5%), Коммунарский (33,9%), Криворожский (11,4%) и Магнитогор­ ский металлургический комбинат (9,3%). Максималь­ ный объем выплавки полуспокойной стали с раскисле­ нием в центровой достигнут на заводе «Запорожсталь» (78,2% от общего объема производства углеродистой стали).

До внесения в Государственные стандарты углеро­ дистые полуспокойные стали в СССР производили по техническим условиям или в соответствии со специаль­ ными разрешениями Государственного комитета стан­ дартов, мер и измерительных приборов СССР. В 1958 — 1960 гг. в ГОСТ 1050—58 и 380—60 была предусмотрена возможность производства ряда сталей полуспокойны­ ми. В 1965—1966 гг. в ГОСТ 380—60* были внесены по­ луспокойные стали марок Ст.0, Ст.1, Ст.2, Ст.З, Ст.4, Ст.5, Ст.6 и Ст.7 и регламентированы нормы их хими­ ческого состава и механических свойств. При пересмот­ ре указанного стандарта (ГОСТ 380—71) в него были включены дополнительно полуспокойные стали с по­ вышенным содержанием марганца марок Ст.ЗГпс и Ст.5Гпс.

Кроме ГОСТ 380—71 и 1050—60*, нормы химическо­ го состава и механических свойств полуспокойных ста­ лей установлены в стандартах на корпусную сварива­ емую сталь для судостроения (ГОСТ 5521—67), листо­ вую сталь для котлостроения и сосудов, работающих под давлением (ГОСТ 5520—69), сталь для котельных связей (ГОСТ 536—70), а также в ряде стандартов на металлопродукцию (ГОСТ 14085—68, 1577—70, 16523—70, 9045—70, 5781—61* и др.) и технических ус­ ловий.

Применяют прокат из полуспокойных сталей в строительстве (сварные металлические и железобе­ тонные конструкции), тяжелом, энергетическом, хи­ мическом, нефтяном, сельскохозяйственном машино­ строении, автомобилестроении, угольной и горноруд­ ной промышленности и других отраслях народного хозяйства.

Начало широкого распространения производства по­ луспокойных сталей за рубежом (особенно, в США) мо­ жет быть отнесено к сороковым годам XX в. В 1946 г. более чем на 30 металлургических заводах США (в том числе на 25 заводах для строительных профилей,

12

на 19—для толстого листа) выплавляли полуспокойную сталь [31]. На ряде крупных металлургических заводов США доля углеродистых полуспокойных сталей в пяти­ десятых годах составляла 10—20% и более от общей выплавки [23, 32—41]. В США выплавляли полуспокой­ ную сталь состава: 0,06—0,37% С; 0,3—1,10% Мп; до 0,12% Si. Такая сталь использовалась при производстве тонких и толстых листов для мостостроения, судострое­ ния, котлостроения, магистральных трубопроводов, кон­ струкционных фасонных профилей (в том числе для строительства мостов и высотных зданий), сортового проката, штрипсов для сварных труб, проволоки, мети­ зов и т. д. [32, 42—44]. На заводах, специализировав­ шихся на производстве толстого листа, доля полуспокой­ ной стали составляла 30—90% [45].

Сталь раскисляли в печи и в ковше или только в ковше ферросилицием и ферромарганцем или силикомарганцем. В некоторых случаях (при использовании стали для штрипсов и проволоки) сталь раскисляли в ковше ферросилицием и алюминием. Для доведения до необхо­ димой степени раскисленности с целью получения слит­ ка со слегка выпуклой головной частью в сталь во время разливки добавляли алюминиевую дробь. Дробь вводи­ ли непрерывно по мере наполнения изложницы в верх­ нюю часть слитка. Полуспокойную сталь разливали сверху с большой скоростью (до 15 т/мин). На ряде за­ водов сталь разливали в бутылочные изложницы. Выход годного проката на обжимных станах составлял около

и фасонного проката и метизов [44, 46—49]. Диапазон химического состава полуспокойных сталей был также довольно широким: 0,08—0,30% С; 0,50—1,00% Мп; до 0,12% Si. Сталь обычно раскисляли в ковше ферромар­ ганцем, ферросилицием или силикомарганцем. Алюми­ ний (15—50 г/т) применяли, как правило, для корректи­ ровки раскисленности в конце наполнения изложниц ме­ таллом. Разливали сталь на одних заводах сверху, на других — сифоном, преимущественно в изложницы бу­ тылочной формы. При сифонной разливке в слитках на­ блюдались подкорковые пузыри размером 8—10 мм, ко­ торые вскрывались при нагреве в колодцах. Однако бла­ годаря огневой зачистке в потоке поверхность листов

13

получалась без дефектов. Выход годного проката сос­ тавлял ~ 90% •

По последним сведениям [312], в 1966—1969 гг. в Англии производилось полуспокойгюй стали примерно столько же (7644, 5—7986,3 тыс. т), сколько спокойной (6901—9382,5 тыс. т) и кипящей (8614,1—8646,4 тыс. т).

Производство полуспокойной стали получило доволь­ но широкое распространение в ФРГ [48, 50—55] и сос­ тавляло около 10% от общего выпуска стали [45]. На

вязкости. Полуспокойную сталь раскисляли в ковше фер­ ромарганцем и ферросилицием или силикомарганцем.

развитию сотовых пузырей. Вместе с тем более толстый «мост» лучше предохранял поверхность усадочной рако­ вины (при перераскисленности металла) от окисления. При разливке полуспокойной стали в такие изложницы выход годных слябов оказался на 8% выше, чем при разливке спокойной стали, и составлял 90,5%. При про­ катке слитков на блюмы выход годного составил 91% и

можно было ограничиться только небольшой корректи­

14

ного проката. Отмечались затруднения при производстве крупных балок из слитков массой 12—14 т вследствие образования сотовых пузырей [53].

В томасовском цехе завода фирмы «Август Тиссенхютте» для увеличения выхода годного проката почти всю сталь для производства балок произв'одили в виде полуспокойной. Сталь имела следующий состав: 0,06— 0,12% С; 0,35—0,70% Мп; 0,05—0,07% Si. Частичное рас­ кисление стали осуществляли в ковше присадкой 75%- ного ферросилиция в количестве 1,35 кг/т. Ферромарга­ нец вводили в конвертер перед скачиванием шлака. В случае необходимости степень раскисленное™ регу­ лировали алюминием в процессе разливки. Сталь разли­ вали сверху со скоростью 0,8—1,6 м/мин на слитки мас­ сой от 6 до 12 т.

Во Франции полуспокойную сталь начали произво­ дить позднее, чем в США и Англии, и в начале шестиде­ сятых годов ее выплавляли в количестве около миллиона тонн в год в основном для толстого листа [45]. Произ­ водили полуспокойную сталь с содержанием 0,06— 0,37% С [48, 56—59]. Отмечается, что при производстве полуспокойных сталей, к которым предъявляются тре­

[58]. На заводе Монт-Сен-Мартен в 1951 г. начали про­ изводить полуспокойную сталь для листов толщиной 9— 40 мм следующего состава: 0,15—0,21% С; 0,45— 0,65% Мп; 0,09—0,13% Si [57]. Сталь раскисляли в печи

металла корректировали добавлением 10—20 г/т алюми­ ния. Алюминий присаживали в конце наполнения излож­ ницы при разливке стали (сверху) для получения слег­ ка выпуклой головы слитка. Поверхность и макрострук­ тура листов были удовлетворительными, а механические свойства аналогичны свойствам листов спокойной ста­ ли. Имеются указания на применение другой технологии производства полуспокойной стали, когда сталь до раз­ ливки раскисляли частично, а окончательное раскисле­ ние проводили по результатам наблюдения за первым слитком; добавка алюминия в изложницу в этом случае достигала 300 г/т [45].

В Японии производство полуспокойных сталей нача-

15

но-конвертерных цехов Японии в 1968 г. [83]. По этим

стали в Японии используется для изготовления листа различной толщины и изделий из него. Доля спокойной стали на большей части названных заводов ниже, чем полуспокойной. Полуспокойная сталь, применяемая для

0,60% Мп; 0,5—0,15% Si, а также 0,11—0,19% С; 0,54—

0,93% Мп; 0,02—0,10% Si.

Производство полуспокойных сталей организовано в Бельгии для толстолистового проката [48, 84], Швеции [85, 86], Канаде [43]. По сообщению С. Н. Быстрова [87], полуспокойные стали широко производят на всех металлургических заводах Индии как для сортового проката (содержание углерода до 0,26%), так и для рельсов (содержание углерода 0,5—0,6%).

1,2% Мп; 0,03—0,08% Si ^0,040% S и <0,040% Р) , ко­ торые успешно применяют вместо спокойных в ответст-

16

венных сварных строительных металлоконструкциях и

держанием марганца включены в Национальный стан­ дарт Англии на стали, применяющиеся для изготовле­ ния резервуаров, работающих под давлением в нефтя­ ной и нефтехимической промышленности, а также для сварных строительных конструкций [91]. Имеются све­ дения [49], что фирма «Апплеби Фродингем» произво­ дит листовые малоуглеродистые полуспокойные стали, содержащие 0,10—0,25% С и до 1,5% Мп.

В зарубежных странах, особенно в США, Англии и Японии, широко применяется ниобий (^0,01%) для по­ лучения хорошо свариваемой полуспокойной стали повы­ шенной прочности, содержащей до 0,25% С и 1,5% Мп и используемой в строительстве трубопроводов, промыш­ ленных и жилых зданий, судостроении и машинострое­ нии [91—96]. Указанные стали имеют предел текучести

стали повышенной прочности вместо спокойной, эконо­ мия средств (за счет снижения расхода металла в ме­ таллоконструкциях и на металлургических заводах) со­ ставляет в условиях США —35% [97, 98].

Ванадий для микролегирования полуспокойной ста­ ли за рубежом применяется реже, чем ниобий, что, види­ мо, объясняется большей дефицитностью ванадия и вы­ сокой стоимостью его ферросплавов.

В Англии рекомендовано изготавливать стали с пре­ делом текучести до 45 кгс/мм2 и критической температу­ рой хрупкости, определенной на образцах Шарпи с ост­ рым надрезом, до —50° С полуспокойными с повышен­ ным содержанием марганца и с ниобием или ванадием [99^100]. При этом сталь с ниобием рекомендуется про-

2-343

изводить в горячекатаном состоянии с возможно более низкой температурой конца прокатки, а с ванадием—

внормализованном состоянии.

ВЯпонии разработаны и производятся свариваемые стали с нитридным упрочнением как спокойные, так и полуспокойные [101, 102]. Полуспокойные стали с упроч­ нением нитридами ванадия наряду со спокойными вклю­ чены в Национальные стандарты США [103, 104]. Име­ ются сведения о том, что некоторые фирмы в Англии приступили к производству спокойных и полуспокойных малоперлитных сталей с микродобавками ванадия и нио­ бия при обычном или повышенном содержании азота [102, 105].

Всоциалистических странах полуспокойную сталь начали производить только в конце пятидесятых годов. По материалам металлургической секции СЭВ, доля полуспокойной стали по отношению к общей выплавке составила в 1960 г.: в ГДР 1%; в ПНР 2%; в ВНР 10%

(включая закупоренную кипящую сталь) и в ЧССР 1,2% [52].

В ЧССР проводили широкие исследования полуспо­ койных сталей [44, 48, 86, 106—117]. Сталь производили как с раскислением в ковше [107, 112, 117], так и с рас­ кислением во время разливки (сифонной) алюминиевой дробью через центровую в конце наполнения изложниц металлом [113, 115]. Последняя технология подобна внедренной в СССР на заводах Выксунском, «Запорожсталь» и Руставском. Исследована также технология раскисления полуспокойной стали в изложницах при разливке сверху, когда алюминий вводили под струю в конце наполнения изложницы металлом [114]. Полуспо­ койную сталь использовали для арматуры периодиче­ ского профиля, спиралыюшовных труб, полосы, штрипсов, электродной проволоки, белой жести, шахтной кре­ пи, тонкого листа.

На металлургическом комбинате им. Готвальда в г. Остраве полуспокойную сталь для спиральношовных труб (0,14-0,20% С; 0,6—1,0% Мп; 0,02—0,11% Si) рас­ кисляли в ковше 75%-ным ферросилицием и ферромар­

18

также заливали водой. Отмечается, что выход годного проката на блюминге составил 92% [112].

При производстве кипящей стали для тонколистовой полосы на Витковицком заводе верхняя часть слитка не могла быть использована по прямому назначению. Это послужило причиной перехода на производство тонкой

сталью [113]. Опыты по применению такой технологии при производстве круглых слитков для производства бесшовных труб были проведены на металлургическом комбинате им. Готвальда [115].

Производство полуспокойной стали с содержанием' углерода до 0,3% в основном для сортового и листового проката освоено в ПНР [48, 52, 118—120]; сталь раскис­ ляли обычно в ковше 75%-ным ферросилицием и алю­ минием.

Производство полуспокойной стали освоено также на металлургических заводах ВНР для тонкого и толс­ того листа и строительных профилей [48, 52, 84, 121], а в ГДР [48, 52, 122] — для холоднокатаной полосы и лис­ та, в том числе для судостроения [43].

К слиткам полуспокойной стали прежде нередко от­ носили все промежуточные между спокойной и кипящей сталью структуры, получаемые при той или иной степе­

США), где оно осуществляется путем разливки кипящей стали в изложницы бутылочного типа [30, 32, 126—133].

На отечественных заводах опыты с изложницами бу­ тылочного типа проводили в 1940—1941 гг. и 1945— 1947 гг. [7, 134], а затем в более широких масштабах в