CC BY
41
Серiя: Техшчш науки
УДК 669.18
Стогний Ю. Д.1, Стовпченко А.П.2, Грищенко Ю.Н.3
ИССЛЕДОВАНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ ПОЛУЧЕНИЯ СТАЛИ С ЗАДАННЫМ УРОВНЕМ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ
Проведенные исследования влияния химического состава стали на микроструктуру и механические свойства стали позволили выявить оптимальные соотношения элементов для повышения пластичности стали.
Ключевые слова: низкоуглеродистая катанка, пластичность, микроструктура, механические свойства, раскисление, легирование.
Стогнш Ю.Д., Стовпченко Г.П., Грищенко Ю.М. До^дження особливостей отримання cmaMi з заданим рiвнем мехатчних властивостей. Проведенi досл1-дження впливу хiмiчного складу сталi на мтроструктуру i мехатчт властивостi сталi дозволили виявити оптимальт спiввiдношення елементiв для тдвищення пластичностi сталi.
Ключовi слова: низьковуглецева катанка, пластичтсть, мтроструктура, мехатч-rn властивостi, розкислення, легування.
Yu.D. Stogniy, A.P. Stovpchenko, Yu.N. Grischenko. Investigation of peculiarities es of producing steel with a given level of mechanical properties. Investigations of effect of chemical composition of the steel on the microstructure and mechanical properties of steel have identified the optimum ratio of elements in order to improve the ductility of steel. Keywords: low-carbon wire rod, plasticity, microstructure, mechanical properties, deoxidation, alloying.
Постановка проблемы. В настоящее время на мировом рынке наблюдается рост спроса на катанку повышенной деформируемости. В условиях ОАО «ММЗ» производится катанка из особонизкоуглеродистой стали марок C4D и C9D, которая используется для безотжигового волочения в проволоку диаметром до 0,5 мм [1]. Обеспечение готовой продукции высокими эксплуатационными характеристиками требует поиска и внедрения новых технологических параметров на всех стадиях производства.
Анализ последних достижений в данной области. Низкоуглеродистые стали для глубокой вытяжки должны обладать высокими пластическими свойствами, что достигается за счет ультранизких содержаний углерода, и, в то же время, должны обладать достаточно высокими прочностными свойствами, что зачастую достигается оптимизацией состава раскислителей, микролегирующих и модифицирующих добавок. В настоящее время в качестве легирующих добавок широко используются Ti, V и Nb [2], которые способствуют упрочнению металла путем дисперсионного упрочнения и измельчения ферритного зерна. В сравнении с титаном ванадий является более сильным карбидообразующим элементом и способствует росту цементита, что вызывает рост прочности и существенное снижение пластичности и вязкости, что может привести к росту обрывности катанки при волочении. Отмечено, что присадки Cr способствуют некоторому снижению прочностных свойств и увеличению пластических.
Включение во внепечную обработку модифицирования кальцием позволяет на порядок улучшить характеристики получаемого металла, так как Ca является мощным модификатором сульфидных и оксидных включений (в частности глиноземных) и способствует формированию глобулярных равномерно распределенных неметаллических включений. Однако недостаточно только оптимизации состава вводимых добавок - для максимального эффекта необходимо обеспечить высокое и стабильное усвоение добавок. Так значительному росту усвоения способствует ввод добавок непосредственно в струю металла во время выпуска из сталеплавильного агрегата в ковш, но тут появляется проблема окисления кислородом воздуха, что может привести к формированию нежелательных примесей [3]. Также большему усвоению способствует
1 ассистент, Национальная металлургическая академия Украины, г. Днепропетровск
2 д-р техн. наук, профессор, Национальная металлургическая академия Украины, г. Днепропетровск
3 ст. науч. сотрудник, Национальная металлургическая академия Украины, г. Днепропетровск
Серiя: Технiчнi науки
вдувание микролегирующих и модифицирующих элементов в ковш в порошкообразном виде.
Цель статьи. Исследование влияния элементов на свойства особонизкоуглеродистой стали для производства катанки и поиск оптимального химического состава, который позволит снизить число обрывов при волочении и обеспечит высокие эксплуатационные характеристики готовой продукции.
Изложение основных материалов исследования. В данной работе проведено исследование влияния химического состава стали на формирование микроструктуры и механические свойства катанки. Исследования проводились на образцах стали марки C4D, которая была выплавлена по схеме дуговая сталеплавильная печь - вакууматор - установка ковш-печь - МНЛЗ. Во время выпуска стали из печи в стальковш присаживался А1, после выпуска стальковш транспортировался на установку вакуумирования, где после набора глубокого вакуума присаживался SiMn73, далее металл передавался на установку ковш-печь, где присаживался чушковый А1 и алюминиевый порошок. Наведение шлака осуществлялось порошкообразной известью и плавиковым шпатом. Корректировка состава стали по содержанию кремния производилась ферросилицием ФС75. Для модифицирования неметаллических включений применяли проволоку с наполнителем FeCa и FeB. Перед отдачей на МНЛЗ производилось загущение ковшевого шлака присадкой магнезита и комовой извести.
Исследования структуры полученных образцов катанки проводились с использованием сканирующего электронного микроскопа JEOL JSM-6490 ЦУ, который позволил определить структуру и состав полученной стали. Определено, что микроструктура образца особонизкоуглеродистой катанки представлена практически чистым ферритом с равномерно распределенными по границам зерен включениями третичного цементита (рис 1), что свидетельствует о высоких пластических свойствах полученной стали.
Рис. 1 - Микроструктура образца: а - увеличение х 500, б - увеличение х 1000
Проведенный анализ характерного вида и интенсивности спектральных линий (рис. 2) показал, что в стали присутствуют малые количества (<1%) Si, Сг, Мп. Обнаружено присутст-
Полная шкала ЕР 6642 имп. Полная шкала У'.'Р 4626 (1 ООх имп/с)
Рис. 2 - Микрофотография и спектр характеристического рентгеновского излучения ферритной составляющей структуры
Серiя: Технiчнi науки
вие по границам зерен дисперсных неметаллических включений, которые представлены сульфидами марганца и железа, что свидетельствует о высоком усвоении вводимого кальция и недостаточности вводимых десульфураторов. Выполнен статистический анализ влияния химического состава металла на пластические свойства стали. Отмечено необъяснимое аномальное влияние бора на прочностные свойства - с увеличением концентрации бора с 0,003% до 0,009% падение предела прочности составляет около 15 МПа, и предела текучести до 27 МПа.
На рис. 3 приведена зависимость механических свойств от соотношения В/Кобщ, которая позволяет предположить, что, будучи нитридообразующим элементом, бор связывает часть азота, уводя его из междоузлий, что способствует снижению прочностных характеристик стали. Для достижения требуемого предела прочности следует стремиться к достижению оптимального соотношения В/Кобщ = 0,8 (0,8-1,0), при этом %В должно находится в интервале 0,007 ^ 0,009%.
На рис. 4 приведены зависимости интегрированного эквивалента химического состава (Сэ = С + Мп/5 + 81/7 + (Сг + N1 + Си)/12) на прочностные (а) и пластические (б) свойства металла. Отмечено незначительно падение этих свойств с увеличением содержания трех основных элементов (аналогичный ход зависимостей наблюдается для этих элементов в отдельности).
90 п
80 -„ . ~
°«70_____К2 = 0,115_
(-
^ 60 _ ♦ Относительное удлинение, %
^ Относительное сужение, %
1^50-----
^40 _________________
К = 0,0182
30 1----1-1-1-
0,13 0,14 0,15 0,16 0,17 0,18 0,19 0,2 Эквивалент химического состава (С+1/4Мп+1/7 81) Эквивалент химического состава, (С+1/4Мп+1/78Г)
Рис. 4 - Зависимость механических свойств от условного эквивалента химического состава металла
Выводы
По результатам проведенных исследований можно сделать вывод, что для получения особонизкоуглеродистой стали с заданным высоким уровнем пластичности (ов <310 Н/мм2) необходимо обеспечить низкие содержания углерода, марганца и кремния, содержание бора в пределах 0,007-0,009, а также оптимизировать состав модификаторов для предупреждения формирования по границам зерен сульфидных включений.
Список использованных источников:
1. Парусов В.В. Научные и технологические аспекты производства высококачественной катанки / В.В. Парусов, О.В. Парусов, И.Н. Чуйко, А.Б. Сычков // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2010. - №2. - С. 139-145.
2. Голубцов В.А. Повышение эксплуатационных свойств трубной стали путем микролегирования и модифицирования / В.А. Голубцов, В.Е. Рощин, Л.Л. Тихонов, Т.В. Тютева, Т.В. Снеги-
к а
Я
£ 2
§ ¡5
и "
400
350
300
250
200
150
~-< г*-**- 2 Я = 0,70 55
-♦-
А
Ааг = 0,6 442
0,55
0,65
0,85
0,75 В/Ыобщ
Рис. 3 - Зависимость механических характеристик от соотношения В/Кобщ в стали: ♦ - ов, Н/мм ; ▲ - от,, Н/мм
400 п 380 -360 -8 340 -:320 -Е 300 -^ 280 -о 260 -
240 -220 -
••• —'..' 1 .-
* ♦ ♦ • • Л
• Я2 0,224
А ♦ Предел прочности * Предел текучести я2 0,1289
1 АА А »ж 1 А А * 1 А ^ А К V ,—'—
1 —' ' ' 1А 1 I1 1* 1
* А А
0,13 0,135 0,14 0,145 0,15 0,155 0,16 0,165 0,17 0,175 0,18
Серiя: TexHÏ4HÏ науки
рева и др. // Электрометаллургия. - 2004. - №4. - С. 33-38
3. Стовпченко А.П. Проблема микролегирования стали применительно к получению сварочных проволок / А.П. Стовпченко // Современные проблемы металлургии. Научные труды. Выпуск 1: Днепропетровск, 1999. - С.133-141.
Рецензент: Б.М. Бойченко
д-р техн. наук, проф., НМетАУ Статья поступила 02.12.2010
УДК 669.18:669.046.54
Перескока В.В.1, Камкина Л.В.2,Пройдак Ю.С.3, Стовпченко А.П.4, Квичанская М.И.5
ВОССТАНОВИТЕЛЬНО - ТЕПЛОВАЯ ОБРАБОТКА ПЫЛИ ЭЛЕКТРОФИЛЬТРОВ ДУГОВОЙ СТАЛЕПЛАВИЛЬНОЙ ПЕЧИ
В статье рассмотрен комплекс свойств дисперсных железосодержащих отходов (пыли ДСП ОАО ММЗ): результаты химического, элементного и компонентного составов, восстановимость (при использовании различных восстановителей), ком-куемость. Приведены результаты термодинамических и кинетических зависимостей протекания процесса удаления цинка.
Ключевые слова: пыль электрофильтров, свойства, восстановимость, комкуе-мость, цинк.
Перескока В.В., Камтна Л.В., Пройдак Ю.С., Стовпченко Г.П., Kei4aHCbKa М.1. BidHoeHO - теплова обробка пилу електрофiльтрiв дуговог сталеплавильноï печи У статт1 розглянуто комплекс властивостей дисперсних зал1зовм1сних в1дход1в (пил ДСП ВАТ ММЗ) : результати х1м1чного, елементного та компонентного складу, в1дновлювамсть (при використат р1зних в1дновниюв), комкуем1сть. Наведенi результати термодинамiчних та ктетичних залежностей проттання процесу ви-далення цинку.
Kлючовi слова: пил електрофiльтрiв, властивостi, вiдновлюванiсть, комкуeмiсть, цинк.
V. V. Pereskoka, L. V. Kamkina, Y.S. Projdak, A.P. Stovpchenko, M.I. Kvichanska. Reducing and thermal treatment of electric filter dust of electric arc furnace. The
complex properties of disperse iron waste (EAF dust of MSW) were investigated the : results of the chemical, elemental and component composition, maintainability ( various reducing agents being used ), and lumps formation.. The results of the thermodynamic and kinetic data of the process removing of the zinc are given. Keywords: electric filter dust, properties, maintainability, lumps formation, zinct.
Постановка проблемы. Известно, что производство металлов сопровождается значительным выходом твердых отходов (пыли, шламы, шлаки, окалина), количество которых в черной металлургии достигает 30% от массы производимой стали. Так на крупных металлургических заводах образуется в среднем 50-80 тыс.т сталеплавильной пыли. Мелкий фракционный состав, большая влагопоглощаемость и высокое содержание вредных примесей (свинца и цинка) делают сталеплавильную пыль нежелательным к использованию видом отходов [1]. Рост цен на железорудное сырье и все более возрастающие штрафы за хранение отходов в отвалах и шламонакопи-телях заставляют производителей металла пересматривать концепцию обращения с железосодержащими отходами и искать новые технологии их переработки и утилизации [2].
Анализ последних достижений в данной области. При выплавке стали в
1 аспирант, Национальная металлургическая академия Украины (НМетА У), г.Днепропетровск
2 д-р техн. наук, профессор, Национальная металлургическая академия Украины, г. Днепропетровск
3 д-р техн. наук, профессор, Национальная металлургическая академия Украины, г. Днепропетровск
4 д-р техн. наук, профессор, Национальная металлургическая академия Украины, г. Днепропетровск
5 ст .науч. сотр., Национальная металлургическая академия Украины, г. Днепропетровск
