CC BY
20
В1СНИК ПРИАЗОВСЬКОГО ДЕРЖАВНОГО ТЕХН1ЧНОГО УН1ВЕРСИТЕТУ 2007 р. Вип. №17
УДК 621.785: 621.14.018.85
РябикинаМ.А.1, Иванова Т.Ю.2, Згонник О.П.3, Ткаченко К.И.4
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ТЕРМИЧЕСКОГО УПРОЧНЕНИЯ КОТЕЛЬНОЙ СТАЛИ В УСЛОВИЯХ ТЛЦ 3600 ОАО «МК «АЗОВСТАЛЬ»
Выполнен анализ уровня механических свойств котельной стали и построены регрессионные модели зависимости ударной вязкости от колебаний химического состава. Разработана и освоена технология термического упрочнения, обеспечивающая повышение качественных показателей металлопроката в условиях ОАО «МК «Азовсталъ».
Требуемый уровень механических свойств котельных сталей достигается за счет термического упрочнения проката с отдельного или прокатного нагрева. В первом случае нагрев толстолистового проката перед закалкой осуществляют в проходных роликовых печах. После нагрева листы охлаждают в воде с повышенной скоростью. Применяют, как прерванное ускоренное охлаждение со скоростью <20-30 °С/с до температуры выше мартенситной точки Мн, так и полное охлаждение в воде до комнатной температуры с повышенной скоростью >20-30 °С/с в область температур ниже точки Мн [1,2]. Технология прерванного ускоренного охлаждения нашла наибольшее применение в Японии и Европе.
В условиях ТЛЦ 3600 металлургического комбината ОАО «МК «Азовсталь», согласно Правилам ASTM А516 для сосудов высокого давления, производят толстолистовую сталь 70. Химический состав стали, %: С-0,2-0,27; Mn-0,85-1,2; Si-0,15-0,40; А1-0,02-0,05; Р<0,035; S<0,035; Cr<0,3; Ni<0,3; Си<0,30; N<0,012. Требуемые механические свойства: о0,2>260 МПа, ов=485-620 МПа, 5>21%, KCV_46>46 Дж/см2. Плиты после горячей прокатки подвергаются нормализации от 930°С на участке камерных печей стана. В ряде случаев после такой обработки наблюдаются неудовлетворительные значения ударной вязкости при отрицательных температурах испытания.
Целью настоящей работы явилось изучение влияния колебаний химического состава и параметров режима термической обработки на ударную вязкость плит толщиной от 50 до 125 мм при отрицательных температурах испытания. Исследование выполнено на основе статистического анализа результатов приемо-сдаточных испытаний листовой стали 70 ASTM-516 в нормализованном состоянии. Объем выборки составил 150 плавок. В таблице представлены результаты анализа в виде уравнений регрессии и коэффициентов парной корреляции для факторов, у которых г>0,1. Как видно, наиболее сильное отрицательное влияние на ударную вязкость оказывают углерод, кремний, сера, фосфор и титан, а положительное - никель. Известно [3], что наиболее простым и эффективным способом повышения вязкости стали является уменьшение в ней содержания углерода, при одновременном снижении содержания серы и фосфора. Анализ показывает, что требуемая ударная вязкость КСУ.46 может быть достигнута при содержании углерода на уровне ~ 0,2 %, фосфора и серы - не более 0,01 и 0,005 % соответственно.
С целью повышения эффективности упрочняющей обработки проката, на ОАО «МК «Азовсталь» была разработана и освоена технология термического упрочнения, заключающаяся в нормализации с частичным ускоренным охлаждением плит в воде в течение 1-3 мин в
1 ПГТУ, канд. техн. наук, доцент
2ОАО «МК «Азовсталь», инженер
2ОАО «МК «Азовсталь», инженер
4ПГТУ, аспирант
зависимости от толщины листа. После кратковременного охлаждения в воде происходит самоотпуск поверхности за счет тепла, аккумулированного центральной частью плиты. Среднестатистические результаты испытаний металла после термического упрочнения для плит различных толщин представлены на рисунке.
Таблица - Влияние химического состава на ударную вязкость стали 70
Фактор химического состава Ударная вязкость КСУ.46, Дж/см2
г Вид уравнения регрессии
С, % -0,53 КСУ_4б=167,7-578,7-%С
Мп, % 0,10 КСУ_4б=52,1+773,5-%Мп
81, % -0,15 КСУ^=55,0-59,5-%81
8, % -0,20 КСУ_4б=50,6-1332,5-%8
Р, % -0,47 КСУ_4б=62,1-1405,5-%Р
И, % -0,10 КСУ_46=51,6-1749,
N1, % 0,27 КСУ_4б=45,5+30,5-%№
Тк % -0,35 КСУ_4б=52,7-1065,5-%Т1
Си,% -0,11 КСУ_4б=46,8-246,6-%Си
А1 (зо1),% 0,10 КСУ_46=40,0+32,5-%А1
Как видно, из графиков, комбинированное (вода-воздух) охлаждение от температур нормализации приводит к значительному повышению ударной вязкости и менее интенсивному увеличению прочностных свойств. Прочностные свойства увеличились в среднем на ~ 20-30 МПа по сравнению с нормализацией. В обоих случаях с увеличением толщины листов наблюдается монотонное снижение Оп з и ов на -30-50 МПа. Относительное удлинение после нормализации и термоупрочнения примерно одинаково и составляет ~ 30 %. Значения ударной вязкости листов указанных толщин после нормализации изменялись в интервале 20-40 Дж/ см".
Рис. - Механические свойства плит из котельной стали 70 А8ТМ 516
л" 450
400
о о
X
1Г
о
с 350
250 4-------\—
50 60 70 80 90 100 110 120 Толщина листа, мм ■ Предел текучести, нормализация —Я" Предел прочности, нормализация —О— Предел текучести, т/у —X—Предел прочности, т/у
60 70 80 90 100 110 120 Толщина листа, мм —О—нормализация —о—т/у
Для листов, толщиной от 50 до 100 мм КСУ.50 составляла ~ 20 Дж/ см2, а для листов толщиной 110-125 мм - 40 Дж/см . Такие значения ударной вязкости являются неудовлетворительными. После нормализации с последующим комбинированным охлаждением ударная вязкость увеличилась на ~ 40 Дж/см (примерно в 1,5 раза). Для листов толщиной 60-70 мм достигнуты значения ударной вязкости КСУ.50 = 100 Дж/см , что более чем в 2,5 раза превышает ударную вязкость после нормализации по существующему режиму.
Следует также отметить, что разброс значений ударной вязкости после термического упрочнения усилился и составлял от 40 до 100 Дж/ см . Изменение ударной вязкости с увеличением толщины листов носит немонотонный характер, что более заметно проявляется после ускоренного охлаждения плит: при толщине листа 50 мм - КСУ_5о = 86 Дж/см , а при 56 мм - 42 Дж/ см , затем при 63 мм КСУ_5о=Ю4 Дж/ см , а при 75 мм - 50 Дж/ см и заканчивается при 125 мм значением КСУ.50 = 60 Дж/ см .
Таким образом, комбинированное охлаждение в сравнении с охлаждением на воздухе обеспечивает одновременное повышение ударной вязкости и прочности стали вследствие измельчения зерна феррита. При этом усиливается эффект дисперсионного упрочнения и формируются низкотемпературные продукты промежуточного превращения взамен перлита. Ускоренное охлаждение способствует устранению полосчатости, уменьшению плотности расщеплений, что также оказывает благоприятное воздействие на ряд характеристик [4,5].
Выводы
1. Результаты выполненного анализа позволили откорректировать химический состав стали 70 А8ТМ-516 для сосудов давления: С-0,18-0,20 %; 81-0,20-0,22 %; Мп-1,1-1,2 %; ТЫ),005 %; N-0,005 %; 8<0,005 %; Р<0,01 %.
2. Для исправления неудовлетворительных значений ударной вязкости, полученных после нормализации котельной стали 70 толщиной 50-125 мм, рекомендовано применять тот же режим с комбинированным охлаждением вода-воздух. Нормализация с ускоренным охлаждением обеспечивает существенное повышение уровня ударной вязкости - КСУ.46 > 40 Дж/см . Для листов толщиной 60-70 мм достигнуты значения ударной вязкости КСУ.46 = 100 Дж/см , что более чем в 2,5 раза превышает ударную вязкость после нормализации. При этом прочностные характеристики увеличились на 20-30 МПа. Настоящие исследования могут быть продолжены в направлении разработки новых методов упрочняющей термической обработки, а также изучении ее влияния на ¿-свойства плит.
Перечень ссылок
1. О тенденциях развития сталей для промышленных металлоконструкций в России / П.Д.
Одесский [и др.]// Сталь. - 2000. - №8. - С.57-60.
2. Эффективная ресурсосберегающая технология термомеханического упрочнения проката /
B.И. Большаков [и др.]// Сталь. - 2004. - №6. - С.96-98.
3. Конструкционные материалы будущего / Г.А. Филиппов [и др.]// Сталь. - 2004. - №8. -
C.69-78.
4. Пикеринг Ф.Б. Физическое металловедение и разработка сталей: Пер. с англ. / Ф.Б.
Пикеринг - М.: Металлургия, 1982. - 184 с.
5. Физическое металловедение: Пер. с англ.: в 3-х т. - М.: Металлургия, 1987. - Т. 3:
Физико-механические свойства металлов и сплавов, 1987. - 663 с.
Рецензент: А.М.Скребцов
д-р техн. наук, проф., ПГТУ Статья поступила 05.02.
2007
