Моделирование непрерывной разливки стали и методы оценки качества структуры стали. Методические указания к лабораторным работам по дисциплинам «Разлив

40

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ЛИПЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра металлургии

Моделирование непрерывной разливки стали и методы оценки качества структуры стали

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ к лабораторным работам №3 и №4

по дисциплинам: «Разливка стали и кристаллизация слитка», «Разливка стали»

А.А. ШИПЕЛЬНИКОВ А.Н. РОГОТОВСКИЙ Т.В. КРАВЧЕНКО

Липецк

Липецкий государственный технический университет

2013

УДК 669.18 (07)

Ш 598

Рецензент - канд. техн. наук, доцент И.Г. Бянкин

Шипельников, А.А.

Ш 598 Моделирование непрерывной разливки стали и методы оценки качества структуры стали [Текст]: методические указания к лабораторным работам по дисциплинам «Разливка стали и кристаллизация слитка» и «Разливка стали» / сост. А.А. Шипельников, А.Н. Роготовский, Т.В.

Кравченко. – Липецк: Изд-во ЛГТУ, 2013. – 36 с.

Рассмотрены основные методы оценки качества структуры стали и изучены особенности моделирования непрерывной разливки стали. Главное внимание уделено элементам информационно-управляющей системы модели рабочего места на установке непрерывной разливки стали.

Предназначены для студентов 4 курса металлургического института специальности 150101.65 «Металлургия чёрных металлов», направления

150400 «Металлургия», изучающих дисциплины «Разливка стали и кристаллизация слитка» и «Разливка стали».

Табл. 10. Ил. 8. Библиогр.: 6 назв.

© ФГБОУ ВПО «Липецкий

государственный технический

университет», 2013

2

Содержание

Стр.

Лабораторная работа №3…………………………………………………………....4 Лабораторная работа №4…………………………………………………………..14 Общие требования к содержанию отчетов по лабораторным работам………....31

Вопросы для самопроверки………………………………………………………..31 Общие требования техники безопасности при выполнении лабораторных работ………………………………………………....................................................32

Библиографический список……………………………………………………….35

3

Лабораторная работа №3 Методы оценки качества структуры стали

Цель работы: овладеть методами исследования и оценки качества макро-

и микроструктуры стали на образцах, отобранных по ходу процесса сталеплавильного производства согласно действующей нормативной

документации.

Макроструктурный анализ применяется для исследования структуры сталей невооруженным глазом или при увеличении в 30 раз с помощью лупы.

Изучение макроструктуры производится тремя методами: методом изломов,

методом макрошлифов и просмотром отшлифованной и протравленной поверхности готового изделия.

1. Метод изломов позволяет определить наличие дефектов во внутреннем строении материала, толщину слоя поверхностной обработки,

размеры зерен и их взаимное расположение и т. д. Оценка строения излома может предоставить значительную информацию о качестве стали, однако на металлургических заводах данный вид оценки проводится весьма ограниченно.

Это связано в основном с отсутствием единой классификации строения изломов, методик их количественного анализа, объективных и единых критериев оценки. Традиционно применяемое для ряда металлоизделий определение количества волокнистой составляющей в изломе может проводиться только для сталей со структурой феррито-цементитной смеси

(марки стали с низкой и средней прочностью). Для мартенситных,

вторичнотвердеющих, мартенситостареющих сталей повышенной прочности,

имеющих макрооднородное строение излома, оценка строения излома практически не производится.

2. Метод макрошлифов основан на исследовании специальных макрошлифов, которые представляют собой продольные или плоские поперечные образцы, вырезанные из металлопродукции. В результате анализа определяется волокнистость материала, неоднородность химического состава, а также дефекты внутреннего строения (рис. 1).

4

Микроанализ – изучение строения поверхностей шлифованных, полированных и при необходимости протравленных образцов – микрошлифов с помощью микроскопов при увеличениях обычно от 100 до 2000 крат. При этом наблюдаемое строение металла (поверхности шлифа) называют «микроструктурой». Микроструктура разных по химическому составу сталей после их различной обработки отличается по размеру, геометрической форме, цвету, взаимному расположению отдельных структурных составляющих. В процессе микроструктурного анализа структуру стали исследуют с помощью микроскопов (оптических или электронных). Наибольшее распространение получили оптические микроскопы (рис. 3).

Рис. 3. Фотографии программного и технического обеспечения проведения металлографических исследований: верхний ряд слева - интерфейс специализированного программного обеспечения анализа структуры; верхний ряд справа - микроструктура стали при увеличении x100; нижний ряд слева - неивертированный металлографический микроскоп; нижний ряд справа - инвертированный металлографический микроскоп

6

Для изучения микроструктуры образец вырезают в продольном или

поперечном направлении, затем шлифуют, полируют до «зеркального блеска» и

протравливают специальным реактивом, обычно 4% спиртовым раствором

HNO3 (рис. 4).

Рис. 4. Фотографии микроструктуры (x100, трав.). Верхний ряд слева направо: сталь 05 (феррит), сталь 20 (феррит и перлит), сталь 60 (перлит и феррит); нижний ряд слева направо: тигельная высокоуглеродистая (С более 2,1%) сталь (перлит и цементит), конвертерная низкоуглеродистая сталь – темплет сляба с ликвацией углерода и образованием зон с перлитом (феррит и перлит, черные «пятна» – газоусадочные раковины)

Оценка микроструктуры обычно производится на микрошлифах размером

(20) 30 х 40 (50) мм. Образцы для микрошлифов должны вырезаться холодным

механическим методом. Место вырезки и количество образцов от партии

должны быть оговорены соответствующими стандартами и техническими

условиями. При этом, например, согласно ГОСТ 5640-68 «Сталь.

Металлографический метод оценки микроструктуры листов и ленты» способ

изготовления микрошлифов не регламентируется.

7

При пользовании шкалами стандарта необходимо указывать номер балла и буквенное обозначение ряда, например, 1А, 3В и т.д. Существует 4 типовые шкалы оценки микроструктуры:

1.Шкала 1. Структурно-свободный цементит.

2.Шкала 2. Перлит в малоуглеродистой деформированной стали.

3.Шкала 3. Полосчатость феррито-перлитной структуры.

4.Шкала 4. Видманштеттова структура.

Травление образцов производят в 4%-ном растворе азотной кислоты в спирте. При выявлении структурно-свободного цементита образцы необходимо травить столько времени, чтобы четко выявились только частицы цементита, а

границы зерен могут быть выявлены слабо.

Для удаления наклепанного от механической обработки слоя применяют повторную полировку.

Показатели качества стали и металлопродукции оформляются документами, которые делятся на две основные группы. Первая группа документов определяет технические требования к качеству стали и металлопродукции: государственные стандарты (ГОСТ), отраслевые стандарты (ОСТ), технические условия (ТУ), наряд – заказы и т. п.; вторая характеризует качество изделий данной партии или марки (группы плавок):

сертификат качества, акт проверки качества и т. д. (табл. 1).

Необходимо отметить, что основными видами неметаллических включений в стали по ГОСТ 1778-70 являются оксиды, сульфиды, силикаты,

нитриды и карбонитриды (MnS, SiO2, TiN, nFeO mMnO pSiO2 и др.).

Оксиды и нитриды являются хрупкими и при прокатке стали располагаются в виде строчек или рассредоточенных точечных частиц.

Пластичные сульфиды получают форму продолговатых линз. Силикаты имеют сложный химический состав и могут быть пластичными или хрупкими.

8

Таблица 1

Перечень основных разновидностей сталей по государственным стандартам РФ

После травления шлифа химическим реактивом различные структурные составляющие материала растворяются в разной степени – возникает некоторый рельеф поверхности с наличием выступающих и углубленных участков. На отдельных участках этого рельефа световые лучи отражаются в разной степени, и участки поверхности шлифа видны в окуляр как светлые

и/или темные различных оттенков (соответственно при работе по методу светлого и темного поля микроскопа).

9

Многочисленные стали разных марок, отличающиеся химическим составом, по микроструктуре в равновесном состоянии разделяются на шесть основных структурных классов, представленных в табл. 2.

Далее в табл. 3 представлены индивидуальные варианты выполнения лабораторной работы, которые выдаются студентам по указанию преподавателя или техника-лаборанта кафедры.

Методом визуального сравнения изображения полученной микроструктуры изучаемой стали со шкалами структур соответствующего

10