Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

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

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

23.10.2023

Размер:

20.26 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 34 / 364 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 > Следующая >>>

ант раскисления при выполнении второй стадии исследо вания был исключен.

В	этой	серии плавок	исследовали полуспокойную
сталь	марки	Ст. 5пс групп	I I — I V по степени раскислен

ности и спокойную сталь Ст.бсп в слитках и арматуре периодического профиля диаметром 14—32 мм.

Рис. 9. Топография продоль ного осевого темплета слит


ка	полуспокойной		стали
Ст.5пс	(группа плавок I I I :
ковшовый		состав:	0,36% С;
0,62 Мп;		0,08% Si;	0,057% S
•4	и 0,040% Р)

Рис. 10. Топография продоль
ного	осевого	темплета			слит
ка	полуспокойной				стали
(группа плавок			IV ;	ковшо
вый	состав:	0,37% С;		0,60%
Мп;	0,10%	Si;	0,049%		S;
	0,011%		Р)		^ -

На рис. 9, 10 приведены топографии продольных осе
вых разрезов	слитков сталей	Ст.5пс	(группы плавок I I I
и I V ) .
В слитке	полуспокойной	стали	группы I I I имелась

закрытая рассредоточенная усадочная раковина, изоли рованная от атмосферы пузыристым металлическим «мостом» толщиной 200 мм. Протяженность усадочной раковины составила 25%, а рыхлости 40% от верхнего торца слитка. В корковом слое слитка по всей высоте не посредственно у поверхности располагались пузыри. В го

ловной части слитка (до 13% от верхнего торца)			пузы
ри имели вид сотовых (диаметр	2—4	мм, длина	12—
15 мм), а ниже приобретали округлую		форму (диаметр
2—4 мм).
Слиток полуспокойной стали	группы IV раскислен

ности имел плотную беспузыристую поверхностную зо ну по всей высоте. Усадочная раковина в слитке сообща лась с атмосферой. Протяженность усадочной раковины

составила 31,8%, а зоны рыхлости — 37,0% от верхнего

торца слитка.

Слиток спокойной стали имел открытую концентри

рованную

раковину

(протяженностью до 13% от верх

него

торца).

Под

усадочной

раковиной

наблюдалась

рыхлость

(до 25%).

ISO

100

501

ISO

loot

wot

sot

го I

150 Г

2S%

1501

—

35*

«3

150

50 a\-

100

% да

S 60]\

65 §

ISO,

lOOl

*-fttt11

60l

Рис.

11.

Химическая неоднородность

слитков

полуспокойной

(Ст.Бпс; а) и

спокойной

(Ст.5сп;

б)

стали,

% (отн.):

/ — углерод;

2 — сера

Химическую неоднородность

оценивали в слитках по

луспокойной

(группы

плавок

III ) и спокойной

стали.

В слитке

полуспокойной стали

максимальная точечная

степень

сегрегации

ликвирующих

элементов

наблюда

лась на расстоянии

25%-от верхнего торца

(под ракови

ной)

и составляла

(по отношению

к ковшовому

анали

зу) для серы и углерода

67% соответственно

(рис. \

\,а).

В слитке спокойной стали1

наибольшая

концентрация

1 Ковшовый химический состав: 0,32% С; 0,55% Мп; 0,23% Si, 0,055% S и 0,046% Р.

углерода и серы наблюдалась в осевой части под уса дочной раковиной на расстоянии 26% от верхнего торца.

Максимальная	точечная степень сегрегации серы и уг
лерода в этом	месте составляла 57 и 44% соответствен
но (рис. 11,6).
Внеосевая	неоднородность («усы») в слитке полуспо

койной стали составляла до 75%, а в слитке стали


Ст.5сп — до 80% высоты		(считая	от головного		торца).
Образцы	после глубокого		травления		и сер
ные отпечатки	продольных темплетов			периодического
профиля из полуспокойной		стали	плавок	группы	I I име

ли осевую сегрегацию на горизонтах, отвечающих 15— 25% длины раската, считая от верха. Микроскопические исследования участков раскатов слитка с осевой ликва цией показали, что нарушений сплошности металла в этих участках нет.

С увеличением степени раскисленности макрострук тура полуспокойной стали становилась более однород

ной как по длине раската, так		и по сечению	профиля.
В темплетах из металла	плавок	группы I I I осевая неод
нородность проявилась	в значительно меньшей степени,
а темплеты металла плавок группы IV по макрострук
туре практически не отличались от темплетов			из спокой
ной стали.

Микроструктура полуспокойной стали, как и спокой ной, была перлито-ферритной. Размеры действительно го зерна по длине раската слитка и сечению проката для плавок полуспокойной стали группы I I были различны ми (для арматуры диаметром 32 мм — от 3 до 7 балла по ГОСТ 5639—51). Максимальный размер зерна наблю дался в осевой части проката на горизонтах, соответст вующих 10—30% от верха слитка. В периферийных уча стках проката, а также в нижележащих горизонтах слитка, размер зерна уменьшался одновременно со сни жением количества перлита в структуре. С увеличением

степени раскисленности		полуспокойной	стали	(плавки
групп I I I — I V )	размер	действительного	зерна	и его не
однородность по длине		раската слитка	уменьшались.
Полуспокойная	сталь группы плавок I I I в арматуре диа

метром 22—32 мм имела более крупное зерно, чем соот ветствующая ей спокойная (табл. 3). Уменьшение диа метра профиля способствует существенному измельче нию и выравниванию размеров зерна по длине и сечению проката. В стержнях диаметром 14—16 мм размер и од-

3—343

Т а б л и ц а 3. Размер действительного							зерна спокойной (Ст.5сп)
и	полуспокойной		(группа		плавок		I I I , Ст.5пс)	сталей
		по длине		раската		слитка
	Диаметр	Размер	(балл	по ГОСТ		5639—51) действительного			зерна
Маркарка	Диаметр		стали	на горизонтах, % от верха				слитка
стали	профиля,
стали	мм
	мм	3	14		30		40—50	65-75	85—95
		3	14		30		40—50	65-75	85—95
Ст.бпс	14—16	5—7	5—7		5—7		5—7	6	5—7
	22—25	3 - 7	5—7		4—7		5—7		5—6
	32	4—5	5 - 6		4—6		4—6	5	6
Ст.бсп	14—16		5—6		6		5—7	6—7	6—7
	22—25	—	—		5—6		6—7	—	6
	32	—•	5		5—7		5—7	5—7	6—7

нородность зерен полуспокойной стали	такие же, как
и в спокойной (см. табл . 3) .
Было установлено, что химическая	неоднородность

и неоднородность механических свойств при испытании на растяжение на различных горизонтах по длине рас

ката слитков	полуспокойной	стали	групп	плавок I I I
и IV и спокойной стали примерно одинакова				(рис. 12, 13).
Полуспокойная	сталь группы	плавок	I I характеризует

ся значительно большими колебаниями химического со

става и свойств		в верхней части		раската	слитка.
Эта разница проявилась еще нагляднее при сравне
нии максимальных значений разброса свойств						проката
по длине раската слитков (табл. 4).
Т а б л и ц а		4~ Разброс значений механических свойств
Сталь	Группа	Число	Диаметр	V		в.. %
Сталь	плавок	плавок	профиля,	V
	плавок	плавок	мм	к г с / м м г	К Г С / М М 2
	I I	6	22—28	63,5—	36,5—	29,5—
Полуспо	I I I	5	20—32	43,0	24,5	15,0
Полуспо	I I I	5	20—32	55,0—	32,5—	30,5—
койная	IV	2		50,5	28,0	19,0
	IV	2	25—32	58,0—	32,5—	28,0—
				53,0	28,5	20,0
Спокой-	—	4	22—32	59,5—	34,5—	26,0—
" ная	—	4	22—32	54,0	30,0	14,0
" ная				54,0	30,0	14,0

С О


I	I	I	_ _ l		I —	1
0	ZO	40		60	80	WO
Расстояние		от головной		части	слитка	по
		длине	раската, %
Рис. Г2. И з м е н е н и е		с о д е р ж а н и й		у г л е р о д а и		серы по

длине раската слитков полуспокойной стали с различ


ной степенью		раскисленности			(цифры	у	кривых —
группа	плавок)	и	спокойной	стали (пунктирная ли
ния),	арматура	периодического			профиля		диаметром
28—32	мм (верхние		кривые	для серы,		нижние для
			у г л е р о д а )

Рис. 13. Изменение механических свойств полуспокойной стали с различ


ной степенью раскисленности и спокойной			стали по	длине раската
слитка (арматура периодического профиля д и а м е т р о м					28—32 мм) :
/ — полуспокойная	сталь I I группы	плавок;	2 — то же ,	I I I группы пла
вок; 3 — то	же , I V группы	плавок;	4 — спокойная		сталь

Т а б л и ц а 5. Коэффициент вариации ударной вязкости при разных

температурах испытания и после механического старения

			К о э ф ф и ц и е нт вариации, %
Сталь	Группа	при	температурах		после м е х а
Сталь	плавок				после м е х а
	плавок				нического
		+ 20° С	о °с	— 20 °С	нического
		+ 20° С	о °с	— 20 °С	старения
Полуспокойная	II	47,5	51,7	63,4	59,6
Полуспокойная	III	21,3	25,7	52,4	48,9
	IV	18,1	28,3	44,6	43,6
Спокойная	—	20,6	28,4	35,5	36,8
П р и м е ч а н и е .	Д и а м е т р	профиля 25—32 мм.

0	10		30	50 _		70			90
Расстояние		от голодной			части-слитка				по
		длине		раската,	%
Рис. 14.	Изменение		у д а р н о й вязкости			по	длине		раска
та слитков полуспокойной стали с					различной			степенью
раскисленности		(цифры		у кривых — группы				плавок) и
спокойной			стали	(пунктирная		линия):
а — при	+20° С;	б — при		0° С; в — при		—20° С; г — пос
ле механического				старения	(при		+20° С)

Таким образом, при более высокой степени раскис ленное™ (группы плавок I I I и IV) однородность меха нических свойств при испытании на растяжение для по

луспокойной стали находится	на	уровне спокойной.
В металле плавок группы	I I	наблюдалось сущест

венное снижение	ударной вязкости на расстоянии 15%
от головного торца при		всех температурах	испытаний;
в металле плавок	группы	I I I это снижение	наблюдалось

в заметно меньшей степени, а в металле плавок группы

IV—• еще в меньшей (рис.		14).
При повышении степени раскисленности снижалась
неоднородность	значений	ударной вязкости			проката.
Для полуспокойной стали		групп	плавок	I I I и	IV этот
показатель при	температурах		+20° С	и 0° С	близок

кпоказателю для спокойной стали (табл. 5).

Сувеличением степени раскисленности полуспокой ной стали снижалась критическая температура хруп

кости (^к ) и повышалась стабильность значения этой характеристики по длине раската (табл. 6). Если tK ар


матуры диаметром 25—32 мм из металла							плавок группы
I I на горизонте			с наименее		удовлетворительными				ре
зультатами		(15%	от верхнего		торца)	находилась в боль
шинстве	случаев		при	положительной		(10—20° С),		то	на
арматуре	из металла			плавок	групп I I I и		IV, как	прави
л о , — при		отрицательной температуре					(ниже —10° С).

Металлографическое исследование показало, что гори зонты с наименее удовлетворительными значениями tK характеризовались крупнозернистой структурой и более

высокой

степенью

сегрегации углерода и

серы.

Заметного различия в tK

между

полуспокойной

сталью

групп плавок

I I I и IV и спокойной

сталью,

осо

бенно в арматуре

диаметром

14 мм,

не

наблюдалось.

Проведенные

исследования

позволили

установить,

что, чем больше степень раскисленности

полуспокойной

стали, тем выше уровень и однородность

физико-меха

нических свойств по

длине

раската

слитка

и тем

она

ближе

по свойствам

спокойной

стали.

Однако

при

прокатке слитков группы плавок IV наблюдалась повы

шенная

головная

обрезь

(в

среднем

7,5%

в сравнении

с 3,5%

Для слитков

плавок

группы

I I I ) ,

которая

от

дельных

случаях

превышала

обрезь,

получаемую

при

производстве спокойной стали. Это было

связано

об

разованием сосредоточенной и не всегда

изолированной

усадочной раковины,

стенки

которой

окислялись во

вре-

Т а-б л и ц а 6. Критическая			температура хрупкости					полуспокойной
и спокойной стали на разных горизонтах по длине раската слитка
Условный	Диаметр	Температура хрупкости, °С, на разных						горизонтах по
Условный	Диаметр	длине		раската,		% от головного		торца**
номер	профи
плавки	ля, мм				25		30	50	97
					25		30	50	97
		Полуспокойная			сталь	группы	I I
1	25	—20	+	10	—20		— 10	—40	—30
2	22	—40	—20		—35		—40	—40	—30
3	28	—20	4-20			0	—20	—25	—35
4	28	—10	+ 2 0		+	10	+ 10	—20	—20
5	25	— 10	+ 2 0			0	0	—30	—40
6	28	- 2 0	—		+ 2 0		0	—20	—20
		Полуспокойная		сталь		группы	III
7	32	—10	—20		— 10		— 10	— 10	—20
	22	—20	— 15		—20		—15	— 10	—40
8	32	—10	+ 1 0		—40		—40	—20	—20
	20	—40	—40		—10		—40	—40	—50
	16	—20	—30		—40		- 4 0	—30	— 10
9	25	—30	—35			0	- 3 5	—20	—35
	14	—60	—60			—	—60	- 6 0	—60
		Полуспокойная			сталь	группы	IV
10	32	—35	—50		-	20	—25	+ 10	—20
	14	—60	—60		- 6 0		—60	—60	—60
11	25	— 10	—30		—40		- 4 0	—40	—20
		Спокойная сталь
7*	32	—10	—20		— 10		—10	— 10	—20
	22	—20	—15		—20		—15	—10	—40
8*	32	—40	—40			—	—	—40	—50
	16	—40	—50			—.	—	—40	—60
0*	32	—15		0		.—	—35	—40	—40
	14	—60	—60		- 6 0		—60	- 6 0	—60

*Вторые ковши плавки.

**После удаления головной обрези .

мя нагрева слитков в колодцах и поэтому не сварива лись при прокатке. -

Таким образом, полуспокойная сталь со степенью раскисленности, отвечающей плавкам группы IV, кото рая характеризовалась отсутствием искрения металла после наполнения изложниц, не обеспечивала получения

устойчивых результатов по снижению головной обрези, в связи с чем не достигалась основная цель замены спо койной стали полуспокойной. Степень раскисленности, отвечающая плавкам группы I , слитки которой характе ризовались длительным искрением после наполнения изложницы металлом с образованием рослой со свища-


ми	головы				слитка,		1130
обеспечивала					устойчи

вое снижение величины
головной		обрези,				одна
ко	не	гарантировала
получения			однородных
свойств		проката				и не
обходимого			их		уровня,
приближаясь					в	этом
отношении			к	кипящей,
а не к спокойной стали.
	Для	получения ус
тойчивых			результатов
по снижению					головной
обрези		при			прокатке
слитков		полуспокойной
стали и		максимального
ее	приближения					по
свойствам			к		соответ
ствующей				спокойной
стали,		оптимальной					Рис. 15. Схема бутылочной изложницы
следовало			считать сте-

. пень раскисленности, отвечающую плавкам группы I I I .

Для дополнительного изучения эффективности зна чительного увеличения степени раскисленности полуспо койной стали для повышения ее физико-механических свойств в условиях Криворожского [159] и Коммунарского заводов было проведено исследование ее разливки в изложницы бутылочной формы (рис. 15). Предпола галось, что благодаря энергичному замораживающему действию сферической крышки и горловины в таких из ложницах можно будет создать благоприятные усло вия для образования достаточно плотного «моста» ме талла, обеспечивающего надежную изоляцию сосредо точенной усадочной полости в слитке полуспокойной стали со степенью раскисленности, превышающей опти мальную группу плавок I I I для обычных изложниц.

Повышения степени раскисленности металла дости

гали	путем	увеличения			расхода	алюминия в	ковш с
50 г/т (обычный			расход)		до 100—350 г/т при содержа
нии	кремния	в	стали	в	пределах	0,08—0,11%	(Криво
рожский завод)			или	вводом разных количеств (80—

200 г/т) алюминия в центровую во время разливки при

постоянных расходах	45%-ного ферросилиция (2,1 —
2,2 кг/т) и алюминия	(230—240 г/т) в ковш (Коммунар-
ский завод).

Было установлено, что необходимыми условиями по лучения слитков полуспокойной стали с повышенной степенью раскисленности без открытой усадочной рако вины являются заполнение бутылочных изложниц ме таллом до уровня соприкосновения с крышкой и тща тельная допрессовка его в течение 3—5 мин, что возмож но только при сифонной разливке. При выполнении этих требований даже при расходе алюминия 250—350 г/т,

когда сталь	по степени раскисленности приближается
к спокойной,	в раскатах слитков после головной обрези
2,0—3,0% не	было обнаружено усадочных дефектов.

В результате получения плотной головной части и отсутствия утяжки головного торца раската дополни тельная экономия металла на головной обрези при раз ливке в бутылочные изложницы составила > 2 % . Мак роструктура промежуточного (80X80 мм) и готового (арматура диаметром 20—22 мм и лист толщиной 20 мм) проката из полуспокойной стали с различной степенью раскисленности характеризовалась удовлетворительной плотностью. С повышением степени раскисленности сверх оптимальной путем увеличения присадок алюми ния в ковш или в изложницу ударная вязкость сталей Ст.бпс и Ст.Зпс при различных температурах и после механического старения (табл. 7, 8), а также механиче ские свойства при испытании на растяжение практиче ски не изменялись.

Таким образом, в результате первого этапа иссле дований было определено понятие нормально раскис ленной полуспокойной стали с позиций обеспечения не обходимых физико-механических свойств и минимальной головной обрези, а также установлен надежный крите рий визуальной оценки ее раскисленности во время раз ливки.

Не менее важно получение оптимальной структуры коркового слоя и определение понятия нормальной рас-

<<< < Предыдущая 1 2 34 / 364 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ