CC BY
166
224/
/хггггг: кгггш г,тгт:п
1 (54), 2 (55), 2010-
7he values of technological parameters of the production process and characteristics of rolled production, produced at mill 850, are established and allow to determine the state of hot-rolled rounds.
в. а. полетов, о. м. кириленко, п. к. грибовский, руп «бмз»
УДК 669.
определение значений технологических параметров процесса производства и характеристик продукции, производимой по стандарту DIN EN 10025, для установления состояния поставки (N или AR)
Производство горячекатаной круглой заготовки диаметром от 90 до 150 мм из стали марки S355J2 на реверсивном прокатном стане 850 РУП «БМЗ» осуществляется согласно требованиям стандарта DIN EN 10025-2:2005. Производимая по данному стандарту продукция может поставляться потребителю в двух состояниях: горячекатаном и нормализованном.
Согласно пункту 3.1 стандарта DIN EN 10025, «нормализованная прокатка - это процесс прокатки с конечной обработкой давлением при определенной температуре, приводящий материал в состояние, как после нормализации, и благодаря этому заданные параметры механических свойств сохраняются и после дополнительной нормализации. Краткое обозначение для данного состояния поставки - «N».
Согласно пункту 3.2 стандарта DIN EN 10025, «состояние, как после проката, т. е. это состояние поставки готового проката без каких-то специальных условий проката или термической обработки. Краткое обозначение данного состояния поставки -«AR».
Для определения фактического состояния поставки проката из стали марки S355J2 была проведена научно-исследовательская работа по установлению значений технологических параметров процесса производства и характеристик прокатной продукции, производимой на стане 850, позволяющих точно определить состояние горячекатаного круглого проката при поставке потребителю. Работу выполняли по утвержденному плану, в котором рассматривали комплекс исследований, позволяющий определить, какое из двух состояний, согласно стандарту (N или AR), имеют круглые заготовки, прокатанные на стане 850.
Данную исследовательскую работу проводили на 33 плавках стали марки S355J2, прокатанных в круглые горячекатаные заготовки диаметром 90150 мм. Определяли химический состав стали на соответствие требованиям стандарта. Средние значения химического состава всех исследуемых плавок приведены в табл. 1. Из таблицы видно, что химический состав стали соответствует требованиям стандарта.
Т а б л и ц а 1. Химический состав стали марки S355J2
Марка стали Массовая доля химических элементов, %
С Si Mn P S Cu
S355J2 0,178 0,353 1,306 0,011 0,023 0,243
Требования Не более
стандарта 0,22 0,55 1,60 0,025 0,025 0,55
После определения химического состава стали S355J2 по диаграмме железо-углерод находили температуру нормализации. Так как исследуемая марка стали является доэвтектоидной, то температуру нормализации для нее выбирают на 30-50 °С выше температуры точки А^. По диаграмме Fe-C определили температуру точки Ас3, которая составила 830 °С (для углерода 0,178), следовательно, температура нормализации для этой стали должна находиться в пределах 860-880 °С. Таким образом, выбранная температура нормализации служит тем технологическим параметром процесса прокатки, при котором возможно получение нормализованного проката, т. е. температура конца прокатки должна быть на уровне температуры нормализации, указанной выше.
Нагрев непрерывнолитых заготовок перед прокаткой осуществляли по режимам для 2-й группы
марок сталей согласно действующей нормативной документации (НД).
Прокатку заготовок диаметром 90-150 мм производили в соответствии с действующими технологической инструкцией и схемами калибровок. В процессе прокатки металла осуществляли контроль температуры раскатов на выходе из клети после прокатки, так как эта температура является определяющим фактором, позволяющим говорить о том, является процесс прокатки нормализованным либо нет.
Температура раскатов на выходе из прокатной клети стана 850 на всех прокатанных экспериментальных заготовках находилась в диапазоне 10741130 °С и превышала изначально определенную температуру нормализации для данной марки стали. Так как температура конца прокатки на стане 850 является параметром неконтролируемым, то можно сказать, что получение проката в нормализованном состоянии затруднено в связи с указанным обстоятельством. Однако для подтверждения первичных выводов о невозможности получения
лггттгп г: г^пштггп /оос
-1 (54,2 (55), 2010 /
нормализованного проката в процессе производства на всем объеме горячекатаных заготовок производили отбор проб для механических испытаний с целью проведения сравнительного анализа механических свойств образцов с проката и образцов, нормализованных в лабораторных условиях.
Для этого в процессе прокатки на пиле горячей резки отбирали пробы для следующих видов испытаний: определения химического состава (3 шт.); механических испытаний (3 шт.), две из которых для испытаний на растяжение. В лаборатории физико-механических испытаний дополнительно изготавливали два образца из этих проб, испытания на растяжение которых производили после термической обработки (нормализации).
Режимы термической обработки: температура нагрева - 880±15 °С; выдержка в течение 1 ч; охлаждение на воздухе.
Результаты механических испытаний образцов, отобранных от всех экспериментальных плавок для всех прокатанных профилей, приведены в табл. 2.
Профиль, мм Значение параметра Механические свойства
нетермообработанные образцы термообработанные образцы (нормализованные)
предел текучести, Н/мм2 предел прочности, Н/мм2 относительное удлинение 85, % предел текучести, Н/мм2 предел прочности, Н/мм2 относительное удлинение 85, %
1 2 3 4 5 6 7 8
90 Минимум 346 521 25 362 510 30
Максимум 360 537 30,4 406 555 34,6
Среднее 353 530 28 377 523 33,1
95 Минимум 334 514 30 359 524 31,2
Максимум 388 540 33,8 406 557 37
Среднее 355 529 32 383 538 33,8
100 Минимум 340 512 30 363 512 30,2
Максимум 375 548 32,8 400 554 34,4
Среднее 361 529 31,4 383 538 32,6
105 Минимум 335 530 32,2 379 532 32,6
Максимум 350 533 33,4 399 544 34,8
Среднее 342 532 32,9 389 539 33,8
120 Минимум 336 509 30,2 373 523 3,8
Максимум 360 533 32,8 392 545 34,6
Среднее 348 515 31,6 383 531 27,9
125 Минимум 345 520 29,6 406 577 29,2
Максимум 370 556 32 420 578 31,6
Среднее 358 538 30,8 413 578 30,4
130 Минимум 335 505 28 365 515 30,2
Максимум 380 548 32,8 410 567 36
Среднее 358 527 31,2 386 543 33,5
135 Минимум 355 538 26,2 395 555 28
Максимум 376 552 27,4 411 577 30,2
Среднее 366 545 26,8 403 566 29,1
140 Минимум 334 511 28 361 527 29,4
Максимум 362 535 36 383 534 31
Среднее 345 522 30,7 372 530 30,45
Т а б л и ц а 2. Результаты механических испытаний образцов из стали марки S355J2
99В I к г/^7Шглтг:г_
1 (54), 2 (55), 2010-
Продолжение табл. 2
1 2 3 4 5 6 7 8
145 Минимум 350 515 31,8 393 541 31,6
Максимум 356 532 32,4 400 548 32
Среднее 353 524 32,1 397 545 31,8
150 Минимум 325 509 29,2 362 519 27,6
Максимум 359 533 33,4 407 561 33,6
Среднее 343 525 31,3 383 540 31,1
ИТОГО по всем профилям Минимум 325 505 25 359 510 27,6
Максимум 388 556 36 420 578 37
Среднее 351 527 31 384 539 32
Как видно из таблицы, разброс значений по пределу текучести и пределу прочности на образцах, не подвергнутых термообработке (нормализации), составил 63 и 51 Н/мм2 соответственно, что свидетельствует о нестабильности получения свойств на одном уровне. В свою очередь на образцах после термообработки разброс составил 61 и 68 Н/мм2 для предела текучести и предела прочности соответственно. При этом среднее значение предела текучести на термообработанных образцах превышает на 33 Н/мм2 указанное значение для нетермообработанных образцов, а среднее значение предела прочности - на 12 Н/мм2. Следует учесть, что указанное невысокое превышение значений механических свойств термооб-работанных образцов по отношению к необработанным говорит о том, что задача нормализации заключается в улучшении свойств и главное структуры углеродистых и низколегированных сталей.
Нормализация обеспечивает формирование более благоприятной структуры в низкоуглеродистых сталях в результате ускоренного охлаждения при нормализации. Нормализация горячекатаной стали в большей степени ослабляет проявление строчечности в структуре, связанной с предпочтительным выделением избыточного феррита на неметаллических включенииях.
В случае низкоуглеродистых сталей нормализация часто используется вместо отжига. Она является более кратковременной обработкой и обеспечивает формирование более оптимальной структуры для проведения последующих технологических операций.
Для сравнительного анализа микроструктуры готового проката как горячекатаных, так и термо-обработанных (нормализованных) образцов были отобраны пробы от четырех опытных плавок. Отбор аттестационных проб производили на пиле холодной резки согласно требованиям НД.
Результаты оценки образцов, отобранных от исследуемого металла, приведены в табл. 3.
Т а б л и ц а 3. Результаты металлографического исследования микроструктуры горячекатаных и нормализованных образцов стали марки S355J2
Номер плавки, профиль, мм Номер пробы Размер зерна, балл, ГОСТ 5639 Микроструктура
1-Г* 8 Феррит + перлит
307916, 2-Г* 8 Феррит + перлит
95 (рис. 1) 1-Т* 9 Феррит + перлит
2-Т* 9 Феррит + перлит
1-Г* 8 Феррит + перлит
307917, 2-Г* 8 Феррит + перлит
95 (рис. 2) 1-Т* 9 Феррит + перлит
2-Т* 9 Феррит + перлит
1-Г* 8 Феррит + перлит
308034, 2-Г* 8 Феррит + перлит
135 (рис. 3) 1-Т* 9 Феррит + перлит
2-Т* 9 Феррит + перлит
1-Г* 8 Феррит + перлит
308035 2-Г* 8 Феррит + перлит
145 (рис. 4) 1-Т* 9 Феррит + перлит
2-Т* 9 Феррит + перлит
П р и м е ч а н и е: * Г - горячекатаная; Т - термообрабо-танная.
Из таблицы видно, что микроструктура всех исследованных образцов - феррито-перлитная, но в свою очередь следует отметить, что размер зерна на образцах, исследуемых после нормализации, составил 9 баллов, а для образцов, не подвергавшихся термической обработке (горячекатаных), -8 баллов.
На рис. 1-4 показаны фотографии микроструктуры указанных образцов.
Из рисунков видно, что микроструктура тер-мообработанных образцов всех исследуемых плавок мелкозернистая по сравнению со структурой нетермообработанных (горячекатаных) образцов. Структура нормализованных образцов значительно улучшенная, кроме того, в структуре уменьшилось количество избыточного феррита. Это свидетельствует о том, что нельзя считать горячекатаный круглый прокат диаметром 90150 мм из стали марок, производимых по стан-
мдащилт /997
-1 (54,2 (55), 2010 /
а б
Рис. 1. Структура образцов плавки № 307916: а - горячекатаная проба; б - термообработанная проба. х200
а б
Рис. 2. Структура образцов плавки № 307917: а - горячекатаная проба; б - термообработанная проба. х200
а б
Рис. 3. Структура образцов плавки № 308034: а - горячекатаная проба; б - термообработанная проба. х200
а б
Рис. 4. Структура образцов плавки № 308035: а - горячекатаная проба; б - термообработанная проба. х200
99Я / /¡ятг^ г: г^Ш'лтгп
1 (5а), 2 (55), 2010-
дарту DIN EN 10025 в условиях стана 850, нормализованным, так как по своим механическим, а главное структурным характеристикам, он значительно отличается от термически обработанного (нормализованного).
Выводы
1. Уровень значений механических свойств на образцах, подвергавшихся термической обработке (нормализации), выше, чем на ненормализованных образцах. В среднем превышение по пределу текучести и пределу прочности составило 33 и 12 Н/мм2 соответственно.
2. Микроструктура нормализованных образцов более равномерная, улучшенная, мелкозернистая по сравнению со структурой горячекатаных образцов. Размер зерна на нормализованных об-
разцах составил 9 баллов, на горячекатаных -8 баллов.
3. Следует отметить, что нормализация - процесс технологически трудоемкий, представляющий собой совокупность нескольких операций (нагрев металла-выдержка при заданной температуре - охлаждение на воздухе), которые невозможно выполнить в существующем технологическом процессе прокатки на стане 850. Так как по основным параметрам технологического процесса, а также по физико-механическим и структурным свойствам нормализованный прокат значительно отличается (превосходит) от горячекатаного, то, согласно стандарту DIN EN 10025 и по итогам проведенной исследовательской работы, состояние поставки готового круглого проката со стана 850 определено как «AR».
