CC BY
31
Серiя: Техшчш науки ISSN 2225-6733
УДК 621.771.22:620.192.43:543
© Парусов Е.В.1, Сичков О.Б.2, Губенко С.1.3,
Сагура Л.В.4
ВПЛИВ Х1М1ЧНОГО СКЛАДУ I ДЕНДРИТНО1 СТРУКТУРИ БЕЗПЕРЕРВНОЛИТИХ ЗАГОТОВОК НА ПРОЯВ Л1КВАЦ1ЙНИХ ЯВИЩ
У БУНТОВОМУ ПРОКАТ1
Встановлено позитивний вплив електромагнтного перемшування (ЕМП) на змен-шення ширини мартенситних дтянок в бунтовому npornmi, а також на зм1ну протяжност1 рiзних зон дендритной структури в поперечному перерiзi безперерв-нолитог заготовки (БЛЗ). Визначено, що лтващя посилюеться при введенш в сталь легуючих елементiв. Показано, що ЕМП дозволяе виконати необхiдний перегрiв сталi над температурою лiквiдус для тдвищення рiдкотекучости без iстотного зниження протяжностi зони рiвновiсних кристалiв.
Ключовi слова: безперервнолита заготовка, дендритна структура, лтващя, хiмiч-ний склад, бунтовий прокат.
Парусов Э.В., Сычков А.Б., Губенко С.И., Сагура Л.В. Влияние химического состава и дендритной структуры непрерывнолитой заготовки на проявление ли-квационных явлений в бунтовом прокате. Установлено положительное влияние электромагнитного перемешивания (ЭМП) на уменьшение ширины мартенситных участков в бунтовом прокате, а также на изменение протяженности различных зон дендритной структуры в поперечном сечении непрерывнолитой заготовки (НЛЗ). Определено, что ликвация усугубляется при вводе в сталь легирующих элементов. Показано, что ЭМП позволяет выполнить требуемый перегрев стали над температурой ликвидус для повышения жидкотекучести без существенного снижения протяженности зоны равноосных кристаллов.
Ключевые слова: непрерывнолитая заготовка, дендритная структура, ликвация, химический состав, бунтовой прокат
E. V. Parusov, O.B. Sychkov, S.I. Gubenko, L. V. Sahura. Influence of chemical composition and dendritic structure of continuous casting on the heterogeneous effects in rolled steel. Background. Cast metal structure hereditary influence on the properties of finished products is an important issue. To improve the quality of rolled wire it is necessary to obtain continuous casting specimen with the maximum possible length of the zone of equiaxial crystals, dispersed centerline segregation, centerline porosity being welded in the process of hot plastic deformation. Objective. To investigate the continuous casting specimen dendritic structure influence on structure formation in rolled wire associated with the segregation phenomena. Methods. The research was carried out on the industrial continuous casting lots with the initial cross section of125x125 mm from C82D and C86D steels and 11,0 mm in the ready-made diameter. The optical light microscope «Ax-iovert 200 MMAT» and the binocular microscope «MBI-2» were used. Results. The formation of dendritic structures is most favorable if electromagnetic mixing (EMM) technology is used. In the rolled steel products, made at continuous casting with EMM, there is a tendency to spreading segregation and structural banding, as well as a decrease in
1 канд. техн. наук, старш. наук. ствроб., 1нститут чорног металурги iм. З. I. Некрасова НАНУ, м. Днтропетровськ, tometal@ukr. net
2 д-р техн. наук, професор, Магнтогорський державний техтчний утверситет ш. Г. I. Носова, м. Магнтогорськ, Роая, absychkov@mail. ru
3 д-р техн. наук, професор, ДВНЗ «Нащональна металургшна академiя Украгни», м. Днтропетровськ, sigubenko@gmail. com
4 канд. техн. наук, старш. наук. ствроб. вiддiлу, 1нститут чорног металурги т. З. I. Некрасова НАНУ, м. Днтропетровськ, slv metal@mail.ru
Серiя: Техшчш науки ISSN 2225-6733
the width of martensitic areas. Conclusions. The positive effect of electromagnetic mixing on the reduction in the width of martensitic areas in rolled wire, as well as on the change in the length of the various zones of the dendritic structure in cross-section continuous casting specimen has been established. Segregation increases when the steel is alloyed. Keywords: continuous casting, dendritic structure, segregation, chemical composition, rolled wire.
Постановка проблеми. Спадковий вплив лито! структури металу на властивосп готових B^o6iB е загальновщомим [1-3], проте розливання стат на машинах безперервного лиття заготовок (МБЛЗ) мае ряд сво!х особливостей, яю зумовлюють якюш характеристики безперервно-лито! заготовки (БЛЗ) i залежать вщ параметрiв технолопчного процесу виробництва i особливостей конструкцш, що застосовуються.
Поряд з перерахованими факторами в литш заготовщ спостертаються дефекти, яю не можуть бути повнiстю усунеш навiть при рацiональному виборi технолопчних параметрiв виробництва. Такi дефекти пов'язаш в першу чергу з процесами кристатзаци i розвитком дендри-тно! лшвацп [1-4].
Макробудова БЛЗ в^^зняеться деякими особливостями вiд злитюв, вiдлитих в виливни-цi, в основному, за рахунок штенсивного водяного охолодження в кристалiзаторi i зош вторин-ного охолодження, що сприяе формуванню бiльш однорщно! макроструктури. БЛЗ, на вщмшу вiд злитка, характеризуеться досить невеликими коливаннями хiмiчного складу i бiльш однорь дними властивостями як в поздовжньому, так i поперечному напрямках [4]. Тобто для БЛЗ роз-виток зонально! лшваци мшмальний, проте дендритна лшвацш в тiй чи iншiй мiрi присутня.
Формування якiсних показникiв БЛЗ (протяжнють структурних зон, центральна осьова пористють, осьова лiквацiя, трiщини та ш.) визначаеться, перш за все, параметрами технолопчного процесу розливання рщко! стал^ 1стотний вплив при цьому надае температура металу в сталерозливному ковшi i подальша швидкють витяжки (розливання) заготовки [1], яю спiльно визначають швидкiсть кристатзаци заготовки. Пщвищення перегрiву металу над температурою лшвщус перед стадiею розливання збшьшуе протяжнiсть зони стовпчастих кристатв, величина яко! також залежить вщ вмiсту вуглецю в стат [2, 5, 6].
Дендритна будова лито! заготовки ускладнюе видiлення з металу водню, знижуючи тим самим показники пластичностi бунтового прокату. Кристалгги, якi ростуть в середину заготовки, «збирають» (вiдтiсняють) в осьову зону неметалевi включення, якi представляють собою складнi з'еднання шпiнельного типу, до складу яких входять окисли (Al2O3, MnO, MgO). У зв'я-зку з тим, що основу таких включень становить корунд, таю включення не деформуються, а подальше холодне волочшня бунтового прокату на кордовому передш ускладнюеться i тому характеризуеться як нетехнолопчне, через пщвищення обривносп металу пiд час волочшня. В процес деформаци дендритна структура лито! CT^i змiнюеться, осi дендрипв орiентуються в напрямку прокатки, а збшьшення тривалостi пiчного нагрiву, ступеня i температури подальшо! деформаци зменшуе вiдмiннiсть в складi осей i мiжосних дiлянок. При змiнi поперечного пере-рiзу в процесi деформаци полегшуеться можливiсть дифузiйного масопереносу (перерозподшу) та вирiвнювання хiмiчного складу в об'емi заготовки. Однак повного вирiвнювання хiмiчного складу не вiдбуваеться, що викликае появу структурно! смугастосп i карбiдно! лiквацi! (цемен-титна сггка), якi проявляються в структурi готового прокату [7].
Причиною появи дендритно! лшваци е кристалiзацiя стат в певному iнтервалi температур, на вщмшу вщ чистого залiза, коли кристалiзацiя вiдбуваеться практично при постшнш те-мпературi [8]. Зональна сегрегащя обумовлена неоднорiднiстю розподiлу елемента по зонам литого металу. У процесi кристалiзацi! вуглець, марганець, арка, i фосфор дифундують в рщ-кий метал до фронту зростаючо! зони стовпчастих кристалiв, утворюючи при цьому лшвацш-ний контур [9].
Розвиток лшваци залежить вщ швидкостi кристалiзацi! i характеризуеться коефщентом розподiлу, який визначаеться вiдношенням вмюту хiмiчного елемента в твердому металi до вмiсту його в рщкш сталi. Коефiцiенти лiквацi! розраховують як вщношення вмiсту хiмiчного елемента в дослщжуванш зонi литого металу (готового прокату) до вмюту цього ж елемента, визначеного за даними ковшового аналiзу або ж по вщношенню вмюту хiмiчних елеменпв в рiзних структурних зонах готового металопрокату.
Серiя: Технiчнi науки ISSN 2225-6733
Для БЛЗ характерною ознакою е розвиток центрально! (осьово!) лiквацii, яка при неспри-ятливих технолопчних чинниках може мати пом^ний розвиток. Осьова лiквацiя обумовлена збагаченням внутршшх зон лито! заготовки домшками, а також усадкою, що виникае при за-твердiннi майже в замкнутому просторi металу [1]. В робот [10] в БЛЗ з високовуглецево! сталi спостерiгаеться значна неоднорщнють за вмiстом вуглецю в осьовш зонi.
На пiдставi робiт [1-4] можна зробити висновок про те, що якюш показники гарячеката-ного бунтового прокату мають безпосередньо спадковий зв'язок з дендритною структурою БЛЗ.
Дендритна структура БЛЗ обумовлюе розвиток неоднорщносп розподiлу хiмiчних еле-менив i неметалевих включень, що поряд iз застосуванням нерацiональних режимiв деформа-цiйно-термiчноi обробки прокату сприяе появi нерiвномiрностi формування мiкроструктури, розкиду мехашчних властивостей, викликаючи тим самим зниження технологiчних i експлуа-тацiйних властивостей металу. Для бущвельних конструкцiй вщповщального призначення, що працюють в умовах тривалих знакозмiнних i циклiчних навантажень (сталевi арматурнi канати, високомiцна арматура i iн.), необхiдний метал з рiвномiрно сформованою мiкроструктурою.
Для тдвищення якiсних показникiв бунтового прокату необхщне отримання БЛЗ з максимально можливою довжиною зони рiвновiсних кристатв, розосередженою осьовою лшващ-ею, а осьова пористють повинна заварюватися в процес гарячо! пластично! деформацii.
Аналiз останнiх дослiджень i публiкацiй. Технолопчним прийомам, якi знижують розвиток лшвацшних явищ в металi, присвячений ряд робгг [1-4, 11-13]. Як правило, вони поляга-ють у використанш вiброiмпульсного або ультразвукового впливу на метал в процес кристаль зацii, використаннi електромагнiтного перемiшування (ЕМП), центрального затравлення (одного або декшькох), систем м'якого мехашчного обтиску (зменшуе центральну пористiсть i част-ково лiквацiю) - практично не знайшли застосування на сортових МБЛЗ через складнють конструктивного виконання, а також введення в кристатзатор спещальних iнокуляторiв (дрiбноди-сперсних частинок матерiалiв, якi мiстять кальцiй, рщкоземельних металiв i iн. речовин з до-сить високою температурою плавлення).
Одним iз способiв виправлення дендритно! лито! структури БЛЗ е гомогешзований вiдпал протягом тривалого часу (не менше 6 год.) при температурi ~1300°С з метою дифузiйного вирь внювання хiмiчного складу в об'емi металу.
Формулювання цiлей статтi. З причини викладеного метою роботи було дослщження впливу дендритно! структури БЛЗ на особливосп структуроутворення в бунтовому прокат^ пов'язанi з проявом лшвацшних явищ.
Матерiали i методики дослщжень. Дослiдження виконанi на промислових париях БЛЗ перетином 125x125 мм зi сталей С82D i С86D. Заготовки перероблялися в бунтовий прокат дь аметром 11,0 мм, хiмiчний склад яких вщповщав вимогам стандарту EN 16120-2:2011 (табл. 1). Оцiнка макродефекпв i дендритно! структури БЛЗ виконувалася на поперечних i поздовжнiх темплетах за ОСТ 14-1-235-91. БЛЗ виготовляли як iз застосуванням установки електромагшт-ного перемшування (ЕМП), що знаходиться в нижнш частинi кристалiзатора, так i без не!.
Таблиця 1
Хiмiчний склад дослщжуваного бунтового прокату дiаметром 11,0 мм
Марка стат Хiмiчний склад сталi, % за мас.
С Мп Si Р S Сг № Си N В
С82D 0,82 0,58 0,18 0,011 0,003 0,03 0,06 0,12 0,008 0,0019
С82D1 0,83 0,55 0,17 0,009 0,002 0,22 0,04 0,14 0,007
С86D 0,85 0,64 0,19 0,010 0,001 0,04 0,05 0,13 0,006 0,0015
Примггка: 1 - сталь мютить легуючу добавку хрому.
Темплети вщбирали вiд БЛЗ з одночасним нанесенням нас^зно! нумерацii (№ БЛЗ i № темплета) i зазначенням технолопчного способу виготовлення (з ЕМП або без ЕМП). Замар-коваш БЛЗ прокатували в бунтовий прокат дiаметром 11,0 мм. При вiдборi зразкiв вiд готового прокату виконувалося аналопчне маркування, яке мiстило шформащю про номер БЛЗ i техно-логiчний спосiб його виробництва.
В1СНИК ПРИАЗОВСЬКОГО ДЕРЖАВНОГО ТЕХШЧНОГО УН1ВЕРСИТЕТУ 2016р. Серiя: Те\н1чи1 науки Вип. 32
ISSN 2225-6733
Визначення яюсних показниюв бунтового прокату проводили за EN 16120-1:2011. Замiри протяжностi зон дендритно! структури в БЛЗ i лжвацшних зон в бунтовому прокатi виконували вiдповiдно до схем, наведених на рис. 1, 2. Використаш прилади: оптичний свггловий мжро-скоп «Axiovert 200 М МАТ», бiнокулярний мжроскоп «МБ1-2».
Рис. 1 - Схематичне зображення протяжносп структурних зон в БЛЗ перетином 125x125 мм: 1 - зона поверхнева коркова (К); 2 - зона стовпчастих крист^в (СК); 3 - зона стовпчастих i рiвновiсних крист^в (СК+РК); 4 - зона рiвновiсних криста-лiв (РК); а - сторона квадратно! заготовки, мм
0d
а б в
Рис. 2 - Схематичне зображення лжвацшних зон в бунтовому прокат зi сталей C82D i C86D: а - поперечний перерiз прокату; б, в - поздовжш перерiзи прокату; 0d - дiаметр прокату, мм; ? - умовний дiаметр лжвацшно! плями (пiдусадочна лж-вацiя), мм; h1, h2, h4 - вiдстань вiд лжвацшно! плями до поверхнi прокату, мм; h¡, h6 - вiдстань вщ зони зак1нчення структурно! смугастостi до поверхш прокату, мм, k - ширина зони структурно! смугастосп, мм
Виклад основного матер1алу. Виробництво бунтового прокату з БЛЗ перетином 125^125 мм в умовах ВАТ «ММЗ» (м. Рибниця, Молдова) здшснюеться з одним технолопчним циклом на^в-деформащя, в процес якого не вiдбуваeться необхщна гомогенiзацiя (вирiвню-вання хiмiчного складу), на вщмшу вiд технологiчно! схеми виробництва бунтового прокату, коли здшснюеться кшька цикив (наприклад, iз злитка).
Отже, доцшьним було провести достдження, спрямованi на вивчення формування дендритно! структури БЛЗ i !! спадкового впливу на появу л^ацшно! i структурно! смугастостi,
В1СНИК ПРИАЗОВСЬКОГО ДЕРЖАВНОГО ТЕХШЧНОГО УН1ВЕРСИТЕТУ 2016р. Серiя: Техшчш науки Вип. 32
ISSN 2225-6733
утворення мартенситних дшянок i !х мiсць розташування, як в поздовжньому, так i поперечному перетинах бунтового прокату.
Визначення макродефекпв i протяжностi зон дендритно! структури БЛЗ, виготовлено! без ЕМП i з ЕМП представленi в табл. 2, 3 i на рис. 3.
Аналiз даних свщчить про те, що найбiльш сприятливе формування дендритно! структури БЛЗ досягасться при розливання стат з використанням технологи ЕМП. Ефективнють вико-ристання ЕМП представлена на рис. 4. Наведена залежнють отримана шляхом статистично! об-робки даних за тривалий перiод часу при виробнищи БЛЗ зi сталей марок C80D...C82D в умо-вах ВАТ «ММЗ».
Таблиця 2
Показники макроструктури i протяжнiсть структурних зон БЛЗ перетином 125x125 мм,
виготовлено! без ЕМП*
Марка стат Якiснi показники, бал Структурш зони, мм
ЦП ОЛ Шквацшш смужки i трiщини КТЗ К СК (СК+РК) РК
по перетину осьовi
C82D 2,2...2,5 2,0.2,5 1,0.1,2 0,6.0,7 1,2.1,4 4.11 38.44 22.28 29.34
2,35 2,25 1,1 0,65 1,35 7,5 41 25 31,5
C82D1 1,5.3,5 2,5.3,0 1,0.1,5 0,5.0,7 1,5.1,5 5.11 46.55 26.31 27.32
2,5 2,75 1,25 0,6 1,5 8,0 50,5 28,5 29,5
C86D 1,5.2,5 2,2.2,8 1,0.1,0 0,8.0,6 1,3.1,5 6.12 42.49 24.29 31.36
2,0 2,5 1,0 0,7 1,4 9,0 45,5 26,5 33,5
*Примггка: ЦП - центральна пористють; ОЛ - осьова лшвацш; КТЗ - крайове точкове за-бруднення; 1 - сталь легована хромом.
Таблиця 3
Показники макроструктури i протяжнють структурних зон БЛЗ перетином 125x125 мм,
виготовлено! з ЕМП*
Яюсш показники, бал Структурш зони, мм
Марка стат ЦП ОЛ Лшвацшш смужки i трщини КТЗ К СК (СК+РК) РК
по перетину осьовi
C82D 1,4.1,8 1,6.1,9 0,4.0,6 0,4.0,5 0,4.0,7 4.12 37.43 11.19 38.43
1,6 1,75 0,5 0,45 0,55 8,0 40,0 15,0 40,5
C82D1 1,5.2,0 2,0.2,3 0,5.0,7 0,5.0,5 0,8.1,0 6.10 42.51 13.18 38.41
1,75 2,15 0,6 0,5 0,9 8,0 46,5 15,5 39,5
C86D 1,5.1,8 1,8.2,0 0,4.0,5 0,5.0,5 0,5.0,5 5.11 39.46 11.16 40.44
1,65 1,75 0,45 0,5 0,5 8,0 42,5 13,5 42,0
Див. примггку до табл. 2.
*
Рис. 3 - Макроструктура (х0,3) поперечних темплета БЛЗ перерiзом 125x125 мм зi сталi марок С82D i С86D: а - марка C82D без ЕМП; б - марка C82D з ЕМП; в -марка C86D без ЕМП; г - марка C86D з ЕМП
Серiя: TexHÍ4HÍ науки ISSN 2225-6733
s « и к
о ь
s £
О о
Sp '« С g
•Э а
ч
—, »
• • • . • •
y = 0,0262x2-2 5964x + 79,788 *
FR = 0,8371
1
Пеpегpiв металу у cталькoвшi над темпеpатypoю л^ваду^ °C
s « и к
о ь
H
о а С
S3
о
s &
«
о
'¡3
о «
•Э а
••
—•* * • * i • T •S
y = 0,007x2-0, 9037x + 70,105
FR = 0,645
1
Пеpегpiв металу у cталькoвшi над темпеpатypoю лiквiдyc, °C
б
Pиc. 4 - Змiна cеpедньoï пpoтяжнocтi зoни PK в БЛЗ C80D...C82D пеpеpiзoм
125x125 мм вщ пеpегpiвy металу, який poзливаeтьcя над темпеpатypoю лiквiдyc: а -
без заcтocyвання ЕМП; б - iз заcтocyванням ЕМП
Cлiд зазначити, щo пiдвищення пеpегpiвy металу в cталеpoзливнoмy кoвшi над темпеpа-тypoю лiквiдyc для пiдвищення piдкoтекyчеcтi cталi знижуе ефективнють ЕМП у зв'язку зi зме-ншенням зoни PK, пpoте цей вплив не наcтiльки вагомий в пopiвняннi з БЛЗ, вигoтoвленoï без ЕМП.
Зниження темпеpатypи пеpегpiвy металу в cталеpoзливнoмy кoвшi мае пoзитивний вплив з тoчки зopy видаляeмocтi неметалевих включень, швидкicть видалення яких мае пpямy залежнicть вщ зниження темпеpатypи poзливання cталi i наближення ïï значень дo темпеpатypи лiквiдyc [1]. Пpагнення дo голшшення piдкoтекyчеcти cталi на МБЛЗ, ^и пiдвищеннi темпеpатypи poзливан-ня, пoгipшye не тiльки ïï якicть, пщвищуючи забpyдненicть неметалевими включеннями, але i 6í-льшoгo poзвиткy лiквацiйних явищ, щo в кiнцевoмy пiдcyмкy пoгipшye технoлoгiчнicть пеpеpoб-ки бyнтoвoгo пpoкатy на кopдoвoмy пеpедiлi. У зв'язку з цим, кoмплекcне зниження негативтого впливу пеpеpахoваних фактopiв е актуаль^ю наyкoвo-технiчнoю задачею [5].
Дендpитна cтpyктypа БЛЗ пеpетинoм 125x125 мм фиа 5, б) в пoпеpечнoмy пеpеpiзi отла-даeтьcя з чoтиpьoх cтpyктypних зoн: пoвеpхнева кopкoва (K); зoна cтoвпчаcтих кpиcталiв (CK), з в^ажевдю дендpитнoю cтpyктypoю; пpoмiжна (змiшана) зoна cтoвпчаcтих i piвнoвicних ^и-статв (CK + PK) i зoна piвнoвicних кpиcталiв (PK).
Cтpyктypнi зoни БЛЗ зi cталi маpoк C82D i C86D, виготовлених без заcтocyвання ЕМП, мають наcтyпнy пpoтяжнicть: K - 4,0...9,6%; CK - 33,6.44,0%; (CK+PK) - 19,2.24,8%; PK -21,6.28,8.
Для БЛЗ, вигoтoвленoï з ЕМП, хаpактеpним е зниження пpoтяжнocтi зoн CK i (CK + PK) ^и пiдвищеннi зoни PK (див. табл. 3). Пpoтяжнicть зoни CK зменшyeтьcя ~ в 1,07.1,09 pази, зoни (CK+PK) ~ в 1,83.1,96 pази, а пpoтяжнicть зoни PK пiдвищyeтьcя ~ в 1,25.1,34 pази.
Пopiвняльний аналiз пpoтяжнocтi зoн дендpитнoï cтpyктypи в пoпеpечнoмy пеpеpiзi БЛЗ cвiдчить пpo ефективнicть впливу ЕМП на ïï литу cтpyктypy.
Зв'язoк cпадкoвoгo впливу макpoдефектiв i дендpитнoï cтpyктypи БЛЗ на yтвopення crpy-ктypнoï cмyгаcтocтi, фopмyвання i poзташyвання гаpтiвних cтpyктyp (маpтенcитних дшявдк) викoнyвали шляхoм металoгpафiчнoгo дocлiдження заздалегщь замаpкoваних пoпеpечних i го-здoвжнiх зpазкiв, вiдiбpаних вiд бyнтoвoгo пpoкатy, вигoтoвленoгo з ЕМП i без ЕМП. Для в^-бiчнoгo вивчення лшвацшних пpoцеciв пpи пpoведеннi дocлiджень oбpана cталь, щo мicтить цiльoвy дoбавкy хpoмy, який, як вiдoмo, е cильнo лiквyючим елементoм [14].
Pезyльтати металoгpафiчнoï oцiнки пpoтяжнocтi лшвацшних зoн (пiдycадoчна лiквацiя, cтpyктypна cмyгаcтicть) маpтенcитних дiлянoк i ïx мюць poзташyвання (див. pиc. 2, а, б, в) в бyнтoвoмy ^o^ri наведенi в табл. 4, 5.
Аналiзyючи oтpиманi pезyльтати, мoжна зpoбити виcнoвoк пpo те, щo в ^o^ri, виготов-ленoмy з БЛЗ з ЕМП, cпocтеpiгаeтьcя тенденцiя дo змiщення i poзмиття пiдycадoчнoï лшваци i cтpyктypнoï cмyгаcтocтi, якi poзташoвyютьcя на бiльшiй вiдcтанi вiд геoметpичнoгo центpy зpа-зкiв (див. табл. 5) у пopiвняннi зi зpазками, кoли ЕМП не заcтocoвyвалocя. Пiдycадoчна те^е-
о
о
а
В1СНИК ПРИАЗОВСЬКОГО ДЕРЖАВНОГО ТЕХН1ЧНОГО УН1ВЕРСИТЕТУ 2016р. Сер1я: Техшчш науки Вип. 32
ISSN 2225-6733
гащя в бунтовому прокат зi сталей, розлитих з ЕМП, як правило, вщповщае балу 2, а без ЕМП — балу 3 (рис. 7) вщповщно до еталонних шкал стандарту ЕК 16120-1:2011.
Рис. 5 - Характерна дендритна будова БЛЗ зi сталi С82D (межуючi зони роздiленi пунктирною лЫею): а - зона К; б - зона СК; в - зона СК+РК; г - зона РК
Рис. 6 - Характерна дендритна будова БЛЗ зi сталi С86D (межуючi зони роздшеш пунктирною лЫею): а - зона К; б - зона СК; в - зона СК+РК; г - зона РК
Таблиця 4
Вимiр лжвацмних зон в бунтовому прокат дiаметром 11,0 мм1_
Марка crani Вiдcтaнь вiд лжвацшно! зони до поверхш зразка,мм t, мм ПЛ, бал
hi, мм h2, мм h3, мм h4, мм
C82D2 5,07.5,54 5,30 4,89.5,19 5,04 5,09.5,61 5,35 5,44.5,79 5,61 0,32.0,37 0,35 3
C82D3 5,01.5,38 5,20 4,81.5,08 4,95 5,10.5,60 5,35 5,40.5,51 5,46 0,39.0,52 0,46 2
C82D2* 5,04.5,76 5,40 5,28.5,43 5,34 4,64.5,48 5,06 4,97.5,24 5,11 0,48.0,60 0,54 3
C82D3* 4,89.5,68 5,28 5,03.5,31 5,17 4,54.5,53 5,04 4,91.5,39 5,15 0,58.0,78 0,68 2
Серiя: Технiчнi науки ISSN 2225-6733
Продовження таблиц 4
C86D2 5,12.5,82 5,47 4,98.5,14 5,06 4,69.5,57 5,13 5,37.5,47 5,42 0,31.0,49 0,40 3
C86D3 5,01.5,78 5,40 5,02.5,28 5,15 4,75.5,61 5,18 5,25.5,40 5,33 0,38.0,47 0,43 2
Примпка: 1 - в чисельнику вказано мшмальне i максимальне значення, в знаменнику се-редне; 2 - прокат, виготовлений з заготовки без використання ЕМП; 3 - прокат, виготовлений з заготовки з використанням ЕМП, * - сталь легована хромом.
Таблиця 5
Вимiр i розташування мартенситних дшянок в поздовжньому перетиш зразюв бунтового прокату дiаметром 11,0 мм*
Марка стат к, мм п, шт. К, мкм 1, мкм К5, мм Кб, мм
С82D2 5,19.6,21 5,7 4 12.38 25 50.82 66 2,44.2,94 2,69 2,60.3,06 2,83
C82D3 6,27.7,34 6,8 2 10.23 16,5 47.115 81 1,87.2,40 2,14 3,14.3,67 3,41
С82D2* 5,34.6,45 5,9 7 29.54 41,5 32.176 104 2,27.2,83 2,55 2,67.3,23 2,95
C82D3* 5,67.6,94 6,31 3 24.43 33,5 56.164 110 2,03.2,66 2,35 2,84.3,47 3,16
C86D2 5,39.6,38 5,89 3 16.37 26,5 38.119 78.5 2,37.2,86 2,62 2,70.3,13 2,92
C86D3 5,84.7,04 6,44 4 11.19 15,0 69.143 106 2,04.2,64 2,34 2,86.3,46 3,16
Примггка: * - див. виноску до табл. 4, k - ширина зони структурно! смугастосп, мм; п -кiлькiсть мартенситних дшянок, шт.; h - ширина мартенситних дшянок; I - довжина мартенситних дшянок; К5, hб - вщсташ вщ зони закiнчення структурно! смугастосп до поверхнi шлiфа в дiаметрально протилежних напрямках.
а б в
Рис. 7 - Щцусадочна лшващя (х5) в бунтовому прокат дiаметром 11,0 мм зi стат марки С82D, леговано! хромом: а, б - 3 бал за ЕN 16120-1:2011, без ЕМП; в - 2 бал за ЕN 6120-1:2011, з ЕМП
Утворення мартенситних дшянок е характерним для металу, виготовленого як з ЕМП, так i без ЕМП. Вплив ЕМП на протяжнють (1) мартенситних д^нок не виявлено, однак чпко спо-стериаеться тенденщя, що при ЕМП спостериаеться зниження ширини (h) мартенситних дшянок (рис. 8) при одночасному тдвищенш протяжносп областi структурно! смугастосп (к), яка носить менш яскраво виражений характер (рис. 9). Так, протяжнють структурно! смугастосп на поздовжшх шлiфах без ЕМП становить ~54,2%, проти ~66,2% з ЕМП, проте в останньому ви-падку спостериаеться зменшення осьово! лiквацiйно! смугастосп (рис. 10).
В1СНИК ПРИАЗОВСЬКОГО ДЕРЖАВНОГО ТЕХШЧНОГО УН1ВЕРСИТЕТУ 2016р. Серiя: Техшчш науки Вип. 32
ISSN 2225-6733
Рис. 8 - Мартенситш дшянки (х1000) в бунтовому прокат дiаметром 11,0 мм (по-здовжнiй шлiф): а - сталь марки С82D, легована ванадieм; б - сталь марки С86D
Рис. 9 - Структурна смугастють в мiкроструктурi (х100) бунтового прокату зi сталi С82D (поздовжнiй шлiф): а - без ЕМП; б - з ЕМП
б
а
в
Рис. 10 - Осьова лшвацшна смугастють (х500) на поздовжньому шлiфi бунтового прокату дiаметром 11,0 мм (лшвацшна область видшена пунктирною лшею): а -сталь С82D з хромом, без ЕМП; б - сталь С82D з хромом, з ЕМП; в - сталь С86D, з ЕМП
Зона СК утворюсться в умовах високого градieнта температур при вщсутност концент-рацiйного переохолодження перед рухомим фронтом кристатзацп, при цьому зростання СК припинясться тод^ коли перед рухомим фронтом двухфазно! зони дифузшне переохолодження перевершуе величину критичного дифузшного переохолодження, яке може витримати сплав заданого хiмiчного складу. В результат послщовного затвердiння зони СК вщбуваеться подальше об'емне затвердшня РК. В роботi [15] встановлено, що в перехiднiй зош СК ^ РК розта-шовуеться основна маса лiкватiв. Дане твердження добре узгоджуеться з отриманими результатами, як свщчать про те, що при шдвищенш протяжностi РК, протяжнють зони структурно! смугастостi зростае (див. табл. 5).
Слщ зазначити, що, незважаючи на позитивний вплив ЕМП в кристалiзаторi МБЛЗ, яке сприяе зниженню протяжностi зон дендритно! структури СК i (СК + РК) в поперечному перер> зi БЛЗ, виключити прояв лiквацiйних явищ як в БЛЗ, так i бунтовому прокатi неможливо.
Серiя: Техшчш науки ISSN 2225-6733
Дослщження показали, що формування структурно! смугастост i мартенситних дшянок мають лiквацiйне походження, а iзоляцiя посилюеться при введеннi в сталь легуючих елемен-тiв. Отримаш данi добре узгоджуються з результатами дослщжень роботи [6], де розглядаеться вплив ванадда на розвиток лшваци в структурi високовуглецевого бунтового прокату зi сталi марки C82D.
В цшому, можна вiдзначити, що для сталей, легованих хромом, характерним е формування максимально! ширини мартенситних дшянок, при легуванш стат ванадiем ширина цих дь лянок знижуеться, а при вщсутност зазначених елементв е мiнiмальною.
Для виконання порiвняльного аналiзу розвитку лiквацi! в структурi бунтового прокату, виготовленого з високовуглецево! сталi, а також сталi додатково леговано! хромом i/або ванадь ем, доцшьно провести дослiдження структури металу iз застосуванням електронно-зондового мiкрорентгеноспектрального аналiзу. Такий пiдхiд дозволить розробити комплекс необхщних технологiчних заходiв, в тому чи^ рацiональних режимiв деформацiйно-термiчно! обробки, що забезпечить формування найбшьш ефективно! мiкроструктури i комплексу механiчних вла-стивостей бунтового прокату.
Висновки
1. Розглянуто вплив хiмiчного складу i електромагнiтного перемiшування на формування дендритно! структури i макродефектв БЛЗ перерiзом 125x125 мм. Показано спадковий вплив яюсних показникiв БЛЗ на особливост структуроутворення в бунтовому прокат з високовуглецево! стат дiаметром 11,0 мм марок C82D i C86D.
2. Встановлено позитивний вплив електромагштного перемiшування на зменшення ширини мартенситних дiлянок в бунтовому прокат, а також на змшу протяжност рiзних зон дендритно! структури в поперечному перерiзi БЛЗ.
3. Показано, що для прокату, виготовленого iз застосуванням електромагштного перемь шування, характерним е зменшення осьово! лiквацiйно! смугастостi i шдвищення структурно! смугастостi в поперечному перерiзi прокату, що в останньому випадку пов'язано зi збшьшен-ням протяжност зони рiвновiсних кристалiв.
4. Показано, що електромагштне перемiшування дозволяе виконати необхщний перегрiв сталi над температурою лшвщус для пiдвищення рiдкотекучости без ютотного зниження про-тяжностi зони рiвновiсних кристалiв.
5. Показано, що дендритна будова БЛЗ успадковуеться i проявляеться особливо ютотно в бунтовому прокат, виготовленому з БЛЗ перетином 125x125 мм, що пов'язано з бшьш низьким ступенем деформацшного опрацювання литого металу i накладае певний вщбиток на подальшу технологiчнiсть переробки прокату на кордовому передш.
Список використаних джерел:
1. Ершов Г.С. Микронеоднородность металлов и сплавов / Г.С. Ершов, Л.А. Позняк. - М.: Металлургия, 1985. - 214 с.
2. Голиков И.Н. Дендритная ликвация в сталях и сплавах / И.Н. Голиков, С.Б. Масленков. -М.: Металлургия, 1977. - 224 с.
3. Теория и практика непрерывного литья заготовок / А.Н. Смирнов [и др.]. - Донецк: ООО «Лебедь», 2000. - 371 с.
4. Евтеев Д.П. Непрерывное литье стали / Д.П. Евтеев, И.Н. Колыбалов. - М.: Металлургия, 1984. - 200 с.
5. Парусов Э.В. Теоретические и технологические основы производства высокоэффективных видов катанки / Э.В. Парусов, В.В. Парусов, А.Б. Сычков. - Днепропетровск: Арт-Пресс, 2012. - 376 с.
6. Effect of dendritic segregation in the continuos-cast semifinished product on the formation of the structure of high-carbon-steel wire rod / A.B. Sychkov [et al.]. - Metallurgist. - 2008. - Vol. 52. -№(5-6). - P. 275-282.
7. Дефекты стали : справочник / Под ред. С.М. Новокрещеновой, М.И. Виноград. - М.: Металлургия, 1984. - 196 с.
8. Шмега Л. Затвердевание и кристаллизация стальных слитков / Л. Шмега. - М.: Металлургия, 1985. - 342 с.
Серiя: Техшчш науки ISSN 2225-6733
9. Непрерывная разливка стали на радиальных установках / В.Т. Сладкоштеев [и др.]. - М.: Металлургия, 1974. - 288 с.
10. Власов Н.Н. Разливка черных металлов : справочное издание / Н.Н. Власов, В.В. Король, С В. Радя. - М.: Металлургия, 1987. - 272 с.
11. Cecchini S. Bulging and waring-difficult challenges for automatic mold level control / S. Cec-chini, R. Zirki, M. Pillwax // AISTech 2013 Proceedings. - Pittsburgh, 2013. - Р. 1343-1350.
12. Compactness Degree of Longitudinal Section of Outer Columnar Grain Zone in Continuous Casting Billet Using Cellular Automation - Finite Element Method / Z. Hou [et al.] // ISIJ International. - 2013. - Vol. 53, №4. - P. 655-664.
13. Ogibayashi S. Mechanism of centerline segregation in continuous casting and current status of the mathematical model and future subject / S. Ogibayashi // Sahyo Technical Report. - 2012. -Vol. 19, №1. - P. 2-14.
14. Гудремон Э. Специальные стали / Э. Гудремон. - М.: Металлургия, 1996. - 1274 с.
15. Житнев А.И. Неметаллические включения в непрерывнолитой сортовой заготовке для рельсов и колес / А.И. Житнев, А.А. Казаков // Вектор науки ТГУ. - 2013. - №3. - С. 174-177.
Bibliography:
1. Ershov G.S. Microinhomogeneity metals and alloys / G.S. Ershov, L.A. Poznyak. - М.: Metallur-giya, 1985. - 214 p. (Rus.)
2. Golikov I.N. Dendritic segregation in steels and alloys / I.N. Golikov, S.B. Maslenkov. - М.: Met-allurgiya, 1977. - 224 p. (Rus.)
3. Theory and practice of continuous casting / A.N. Smirnov [et al.]. - Donetsk: ООО «Lebed», 2000. - 371 p. (Rus.)
4. Evteev D.P. Continuous casting of steel / D.P. Evteev, I.N. Kolybalov. - М.: Metallurgiya, 1984. -
200 p. (Rus.)
5. Parusov E.V. Theoretical and technological bases of the production of highly effective types of wire rod / E.V. Parusov, V.V. Parusov, A.B. Sychkov. - Dnepropetrovsk: Art-Press, 2012. -376 p. (Rus.)
6. Effect of dendritic segregation in the continuos-cast semifinished product on the formation of the structure of high-carbon-steel wire rod / A.B. Sychkov [et al.]. - Metallurgist. - 2008. - Vol. 52. -№(5-6). - P. 275-282.
7. Steel defects : handbook / Еdited by S.M. Novokreschenova, M.I. Vinograd. - М.: Metallurgiya, 1984. - 196 p. (Rus.)
8. Shmega L. The solidification and crystallization of the steel ingots / L. Shmega. - М.: Metallur-giya, 1985. - 342 p. (Rus.).
9. Continuous casting on radial installations / V.T. Sladkoshteev [et al.]. - М.: Metallurgiya, 1974. -288 p. (Rus.)
10. Vlasov N.N. The casting of ferrous metal crystals : reference book / N.N. Vlasov, V.V. Korol, S.V. Radya. - М.: Metallurgiya, 1987. - 272 p. (Rus.)
11. Cecchini S. Bulging and waring-difficult challenges for automatic mold level control / S. Cecchini, R. Zirki, M. Pillwax // AISTech 2013 Proceedings. - Pittsburgh, 2013. - Р. 1343-1350.
12. Compactness Degree of Longitudinal Section of Outer Columnar Grain Zone in Continuous Casting Billet Using Cellular Automation - Finite Element Method / Z. Hou [et al.] // ISIJ International. - 2013. - Vol. 53, №4. - P. 655-664.
13. Ogibayashi S. Mechanism of centerline segregation in continuous casting and current status of the mathematical model and future subject / S. Ogibayashi // Sahyo Technical Report. - 2012. -Vol. 19, №1. - P. 2-14.
14. Gudremon E. Special steels / E. Gudremon. - М.: Metallurgiya, 1996. - 1274 p. (Rus.).
15. Zhitnev A.I. Non-metallic inclusions in continuously cast billets for the rails and wheels / A.I. Zhitnev, A.A. Kazakov // Vektor nauki TGU. - 2013. - №3. - P. 174-177.
Рецензент: Г.В. Левченко
д-р техн. наук, проф., 1нститут чорно! металургп iм. З. I. Некрасова НАНУ
Стаття надшшла 02.05.2016
