книги из ГПНТБ / Чижиков, Ю. М. Редуцирование и прокатка металла непрерывной разливки

случаях, когда балл по макроструктуре заготовки по ее рисунку не превышает балла 3.

С р а в н и т е л ь н о е и с с л е д о в а н и е в л и я н и я м а к р о с т р у к т у р ы на м е х а н и ч е с к и е с в о й с т - в а. Как уже отмечалось, в макроструктуре заготовки, прокатанной из литых слябов, обнаруживается харак­ терный след осевой зоны исходных слябов в виде поло­ сы повышенной травимости. В макроструктуре заготов­ ки из обычных слитков такие полосы отсутствуют. Суще­ ствовало опасение, что, поскольку зона полосы может быть обогащена ликватами, прочностные свойства ме­ талла в этой зоне будут пониженными, что должно при­ вести к снижению свойств металла в целом. Вместе с тем, так как природа полосы такая же, как и у ликвационных квадратов, наблюдаемых в прокате из обычных слитков, было высказано предположение, что механиче­ ские свойства проката из литых слябов не должны быть ниже свойств такого же проката, но полученного из обычных слитков, по той простой причине, что ликвационная полоса представляет собой как бы всего одну сто­ рону ликвационного квадрата. Чтобы разобраться в этом вопросе и правильно оценить качество проката по его сечению, провели сравнительное исследование измене­ ния механических свойств стали марки 15 в заготовках, прокатанных из литых слябов 800X200 мм, и в слитках сечением 470X470 мм массой 2,0 т, отливаемых в из­ ложницы [49—50].

Механические свойства по поперечному сечению за­ готовки 150X150 мм изучали в двух взаимно перпенди­ кулярных направлениях. Продольные и поперечные об­ разцы вырезали из темплетов согласно схемам, приве­

(с полосой повышенной травимости). В заготовках из обычных слитков оба направления / —/ и II—II были равноценны. Чтобы исключить влияние привходящих факторов, все образцы подвергли нормализации.

Полученные значения продольных механических свойств сопоставлены на рис. 102,6. Как нетрудно убе­ диться, все механические свойства практически одинако­ вы. Некоторое количественное различие значений мож­ но объяснить тем, что у стали из слитка фактическое со­ держание углерода составляло 0,18%, а не 0,17%, как

231

(О

СО

ю

образцов

у стали из сляба. Наличие полосы травимости в на­ правлении /—I для заготовки из сляба не обнаружилось.

Поперечные механические свойства для заготовки из слитка в направлениях / —/ и II—II объединили и пред­ ставили в виде единых кривых на рис. 102, в (сплошная

Рис. 103. Механические свойства (слева — ty ,%, справа—6, %) стали 15 по се­ чению заготовки 150X150 мм, прокатанной из непрерывнолитых слябов 800X200 мм и квадратных слитков массой 2,5 т (образцы поперечные, нормализованные; но­

линия). Для заготовок из литых слябов они представле­ ны раздельно для направления поперек полосы трави­ мости (образцы 1 и 7 — кривая 1) и вдоль нее (образцы 8 и 14-— кривая 2). Как видно, такие важные показате­ ли механических свойств, как предел текучести и удар­ ная вязкость, мало изменяются по сечению заготовки. Особенно важно при этом отметить практически одина­ ковые значения свойств в направлениях / —/ и II—II, что указывает на то, что и в данном случае не прояви­ лось особое влияние полосы травимости. Различие в ко­ личественных значениях для стали из слитка и сляба объясняется тем, что в первом случае содержание угле­ рода составляло 0,19%, а во втором 0,17%.

Особенно интересными получились’данные о пласти­ ческих свойствах металла по сечению заготовки (рис. 103). Кривые 1 относительного сужения и относи­ тельного удлинения характеризуют свойства металла в направлении, поперечном полосе травимости. Они, как видно, во всех точках сечения практически одинаковые. Другие результаты получены в направлении вдоль поло­ сы травимости (кривая 2). Здесь свойства резко снижа­

23.:

ются от краев сечения к его середине, причем в самой середине они более чем в 2,5 раза ниже соответствую­ щих свойств у краев сечения. Такое изменение свойств вдоль зоны повышенной травимости в какой-то мере предсказывалось. Поразителен же характер изменения поперечных пластических свойств по сечению заготовки, прокатанной из обычных слитков, когда полоса трави­ мости отсутствует. Оказалось, что эти свойства вполне закономерно снижаются от краев заготовки к ее цент­ ру, причем количественные значения величин в центре сечения такие же, как и у заготовки из сляба, а в про­ межуточных точках в первом случае значительно ниже. Самым замечательным при этом является то, что для металла из слитка обнаруженная закономерность изме­ нения свойств по сечению заготовки не зависит от на­ правления. Снижение свойств от краев к центру в за­ готовке из слитка происходит в любом направлении попе­ рек сечения. В металле из сляба, напротив, направления / —/ и II—II четко различаются наличием полосы трави­ мости в направлении /—I и отсутствием ее в направле­ нии II—II. Как уже отмечалось, в направлении II—//п о сечению заготовки из сляба свойства не изменяются — они практически одинаковы в любой точке сечения. Из этого можно сделать вывод, что по поперечным пласти­ ческим свойствам прокат из слябов имеет определенные

преимущества по сравнению с прокатом из слитков. Сказанное подтверждается и следующими данными.

По сечению круглого профиля диаметром 180 мм, полу­ ченного из обычного слитка массой 5,0 т (сталь 40Х), согласно схеме, показанной на рис. 104, отобрали образ­ цы, по которым определяли изменение поперечных меха­ нических свойств и ударной вязкости. Контроль макро­ структуры травлением и снятием серного отпечатка об­ наружил значительное количество пор в виде черных точек, сконцентрированных главным образом в цент­ ральной части сечения и преимущественно ориентиро­ ванных по слабо выраженному ликвационному квадра­ ту, границы которого проходили в районе образца 3. Полученные значения поперечных свойств в горячека­ таном состоянии приведены в табл. 25. И в данном слу­ чае механические свойства металла после прокатки из обычных слитков получились различными по поперечно­ му сечению. Они изменяются от периферии к центру (образец 4), где они, за исключением предела прочно-

234

Рис. 104. Схемы отбора образцов по сечению заготовки и круглых профилей, прокатанных из слитка массой 5 т и литых слябов 800X200 и 700X175 мм:

а — круг 180 мм из слитка; б — заготовка и круглые профили из сляба. КРУ* жочками обозначены продольные образцы, прямоугольниками — поперечные.

Цифры — номера образцов

235

сти, в два — три раза ниже, чем у кромок. Практически такие же низкие значения получились и в зоне, отвеча­ ющей месту расположения одной из сторон (образец 3) ликвационного квадрата, где наблюдалась наибольшая пористость.

Таблица 25

Эти и другие аналогичные данные показали, что вы­ явленная закономерность изменения поперечных свойств по сечению проката, полученного из обычных слитков, отражает особенности кристаллизации слитков в излож­ ницах. Важной особенностью этой закономерности явля­ ется то, что она характеризует изменение свойств в лю­ бом поперечном направлении сечения рассматриваемого профиля. Сравнивая изменение поперечных свойств по сечению проката, получаемого из литых слябов, когда наблюдается снижение этих свойств к центру сечения только в направлении, совпадающем с полосой повы­ шенной травимости, с установленным выше снижением свойств от периферии к центру сечения в прокате из «слитков», можно сделать бесспорный вывод об опреде­ ленных преимуществах качества металла, получаемого из непрерывнолитых слябов, несмотря на наличие в них полосы повышенной травимости. Если при этом учесть, что продольные свойства по поперечному сечению про­ ката, полученного из литых слябов, не зависят от места сечения и что на эти свойства «полоса травимости» не оказывает влияния, то этот вывод становится еще бо­ лее обоснованным.

Механические свойства заготовки и сортового прока­ та, полученного из слябов непрерывной разливки. Из не­ прерывнолитых слябов сечением 175X700 мм стали Ст.З (ГОСТ 380—71) прокатали профили 150X150 мм, круг 90 мм и круг 42 мм. Образцы для испытания на рас­

236

тяжение отбирали, согласно схемам, приведенным на рис. 104. Полученные частотные кривые значений пре­ дела текучести стали Ст.З для указанных трех профилей приведены на рис. 105. По ним видно, что предел теку­ чести увеличивается с уменьшением размеров профиля,

б т, к г с / м м г

Рис. 105. Частотные кривые значений предела текучести стали Ст.З, прока­ танной из литых слябов сечением 700X175 мм. Значения о т по ГОСТ 380—71,

кгс/мм2: / — >24; // — > 23; 1 11 — > 24

т. е. что он зависит от суммарной деформации. Сами значения предела текучести так же, как и предела проч­ ности и относительного удлинения для каждого профи­ ля, удовлетворяли требованиям ГОСТа. Модальное зна­ чение предела прочности составляло 45 кгс/мм2 при ми­ нимально равном 42 кгс/мм2. Соответствующие величи­ ны относительного удлинения были равны 33 и 29%•

В табл. 26 приведены механические свойства заготов­ ки сечением 150X150 мм мартеновской стали 15 и Ст.З, прокатанной из непрерывнолитых слябов 200X800 мМ. Из таблицы видно, что средние значения предела проч­ ности и текучести на 5,3—5,5 кгс/мм2, а относительного удлинения и поперечного сужения на 8— 10% выше со­ ответствующих норм ГОСТов; по двум плавкам даже минимальные значения механических свойств выше со­ ответствующих величин по ГОСТам.

Изменение механических свойств по сечению загото­ вок сталей 15 и Ст.З в горячем состоянии исследовали

237

на металле двух плавок. Образцы отбирали в продоль­ ном и поперечном направлениях по схемам, показанным на рис. 104. Анализ полученных данных позволил сде­ лать следующие выводы.

1. В продольном направлении:

механические свойства по сечению заготовки 150Х X I 50 мм количественно практически одинаковы;

минимальные значения предела текучести и предела прочности отличаются от максимальных на 4,0 кгс/мм2 при средних значениях соответственно 20,2 и 41,8 кгс/мм2 для стали 15 и на 3,0 кгс/мм2 при средних значениях 24,8 и 45,5 кгс/мм2 для стали Ст.З;

минимальные значения относительного удлинения и поперечного сужения отличаются от максимальных на 10— 11% по абсолютной величине при средних значени­ ях соответственно 36 и 63,7% для стали 15 и на 5,0 и 16% при средних значениях 33,7 и 61,4% для стали Ст.З;

минимальные величины ударной вязкости составляют 16,7 кгс-м/см2 для плавки с содержанием углерода 0,15% и 21,0 кгс-м/см2 для плавки с содержанием угле­ рода 0,12% (сталь 15); для стали Ст.З средняя удар­ ная вязкость составляет 15,2 кгс-м/см2;

механические свойства стали в направлениях II—II и III—III не отличаются от аналогичных свойств в на­ правлении I—I и IV—IV (см. рис. 104).

2. В поперечном направлении:

пределы прочности и текучести поперечных образцов в любом месте сечения практически _не отличаются от соответствующих величин для продольных образцов;

внаправлении V— V, совпадающем с высотной де­ формацией при редуцировании, свойства стали доста­ точно однородны, величина относительного удлинения количественно такая же, как и у продольных образцов, величина поперечного сужения и ударной вязкости ниже соответственно на 10 и 30%;

внаправлении VI— VI, перпендикулярном высотной деформации, наблюдается некоторое снижение пластич­ ности: относительное удлинение, поперечное сужение и ударная вязкость ниже соответствующих значений в на­ правлении V— V на 30, 40—50 и 30% для стали 15 и на

25—30, 25—30 и 30% Для стали Ст.З.

При исследовании распределения механических

свойств по сечению заготовки 150X150 мм стали 15 в нормализованном состоянии получили аналогичные данные.

239

Из непрерывнолитых слябов 200X800 мм прокатали блюмы 200X280 мм, круглый профиль диаметром 180мм, заготовку 100ХЮ0 мм и круг 16 мм. Образцы отбирали так же, как и в предыдущих случаях (см. рис. 104).

Результаты испытаний предела прочности по всем прокатанным профилям при построении частотных кри­ вых объединили, так как разница в абсолютных значе-

ниях для блюмов 200X280 мм и заготовки 100X100 мм незначительна и составляет примерно 2%. Кроме того, все полученные данные для всех профилей значительно превышают требования ГОСТов. Частотная кривая (рис. 106) показывает, что абсолютные значения преде­ ла прочности изменяются от 42 до 48 кгс/мм2.

240