CC BY
60-------------------------------------- Сортопрокатное производство
С.В Гладковский, А.И. Потапов, Д.Р. Салихянов
Институт машиноведения УрО РАН А.В. Фомин, И.С. Гриценко
ОАО «Металлургический завод им. А.К.Серова»
ИССЛЕДОВАНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ ДЕФОРМАЦИИ И ПЛАСТИЧНОСТИ НИЗКО- И СРЕДНЕУГЛЕРОДИСТЫХ КОНСТРУКЦИОННЫХ СТАЛЕЙ С ЦЕЛЬЮ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПРОКАТА
Проведены исследования сопротивления деформации и высокотемпературной пластичности, получены кривые упрочнения и температурные диаграммы пластичности одиннадцати марок сталей, производимых в ОАО «Металлургический завод им. А.К.Серова». Установлены закономерности изменения исследуемых характеристик. Разработаны рекомендации по оптимизации нагрева слитков из исследуемых сталей, направленные на снижение дефектности проката. Рекомендации опробованы при производстве проката с положительным результатом.
Ключевые слова: сопротивление деформации, высокотемпературная пластичность, нагрев под прокатку, качество проката.
Введение
Для расчетов энергосиловых параметров прокатки, а также для разработки оптимальных температурных и деформационных режимов прокатки слитков необходима информация об уровне сопротивления деформации и пластичности обрабатываемых сталей в интервале температур обработки давлением.
В практике производства товарного проката на крупносортном стане 850 ОАО «Металлургический завод им. А.К.Серова» имеет место отбраковка про-
Калибровочное бюро (www.passdesign.ru). 2015. Выпуск 5
45
----------------------------------------- Сортопрокатное производство
ката как по поверхностным, так и по внутренним (осевым) дефектам, обнаруживаемым при ультразвуковом контроле.
Анализом установлено, что поверхностные дефекты образуются, в основном, вследствие тех или иных нарушений заданного технологического процесса производства проката (выплавка, разливка, передача и нагрев слитков). Исследования темплетов, вырезанных из забракованного проката, показали, что определенная доля поверхностных дефектов обусловлена также неоптимальным нагревом слитков под прокатку.
Что касается внутренних (осевых) дефектов, то чаще всего они обнаруживаются в прокате больших сечений (диаметром от 300 до 250 мм), при этом пораженность дефектами снижается с уменьшением диаметра проката.
Эти дефекты представляют собой несплошности протяженностью от 80 до 300 мм, распространяющиеся по оси проката, иногда разделенные зонами рыхлого металла. Анализ производства свидетельствует о возможном наличии несплошностей литейного происхождения в исходных слитках. Однако значительная роль в развитии дефектов усадки исходного слитка или, наоборот, в их успешном закрытии принадлежит последующим переделам: нагреву и прокатке. Доля брака товарного проката по осевым несплошностям для некоторых марок сталей достигает 38% от общего брака.
В связи с изложенным институтом машиноведения (ИМАШ) УрО РАН совместно с ОАО «Металлургический завод им. А.К.Серова» проведена исследовательская работа по экспериментальному определению сопротивления деформации и высокотемпературной пластичности ряда обрабатываемых на предприятии марок сталей с целью разработки предложений, направленных на повышение качества проката.
Материал для исследования
В число исследуемых вошли следующие стали (табл. 1):
Калибровочное бюро (www.passdesign.ru). 2015. Выпуск 5
46
------------------------------------- Сортопрокатное производство
- низкоуглеродистые стали марок 20 (ГОСТ 1050-88), 20Х (ГОСТ 454371), АС14 (ГОСТ 1414-75), S355J2G3 (DIN EN 10025-2), 16MnCrS5 (DIN EN 10084);
- среднеуглеродистые легированные стали марок 30ХГСА, 38ХМА, 38ХС, 38Х2МЮА, 40ХН2МА (все ГОСТ 4543-71) и углеродистая сталь 080М40 (аналог отечественной стали 40).
Таблица 1
Химический состав исследованных плавок (масс. %)
Сталь Характе- ристика Плавка С Si Mn Gr Ni Mo S P Cu Mn/S
Низкоуглеродистые стали
20 Os, 9723 0,19 0,20 0,40 0,14 0,10 0,01 0,015 0,018 0,24
Лр 3828 0,20 0,20 0,39 0,13 0,09 0,01 0,010 0,008 0,21 39,0
20Х Os 9199 0,19 0,23 0,69 0,89 0,11 0,01 0,029 0,009 0,22
Лр 4433 0,18 0,26 0,70 0,92 0,10 0,01 0,031 0,013 0,23 22,5
11914 Os 9193 0,11 0,08 1,29 0,10 0,12 0,01 0,162 0,011 0,21
Лр 4369 0,12 0,03 1,23 0,08 0,09 0,01 0,164 0,09 0,22 7,5
S355J2G3 Os 3653 0,19 0,20 1,37 0,12 0,10 0,01 0,022 0,019 0,19
Лр 3836 0,19 0,22 1,48 0,11 0,10 0,01 0,020 0,013 0,20 74,0
16MnCrS5 Os 9195 0,17 0,22 1,15 0,88 0,10 0,01 0,026 0,013 0,20
Лр 3930 0,17 0,21 1,12 0,86 0,09 0,01 0,029 0,011 0,22 38,6
Среднеуглеродистые стали
080М40 Os 1967 0,41 0,22 0,71 0,12 0,13 0,02 0,030 0,012 0,21
Лр 3766 0,42 0,24 0,84 0,13 0,09 0,10 0,022 0,015 0,20 38,2
30ХГСА Os, 9241 0,30 0,99 0,88 0,97 0,11 0,01 0,014 0,007 0,20
Лр 9784 0,30 1,01 0,89 0,96 0,12 0,01 0,021 0,014 0,23 42,4
38ХМА Os, Лр 9797 0,36 0,26 0,46 0,96 0,12 0,21 0,014 0,008 0,24 32,8
38ХС Os 9367 0,36 1,08 0,38 1,38 0,11 0,01 0,013 0,021 0,20
Лр 9194 0,37 1,11 0,38 1,3 0,14 0,01 0,012 0,015 0,20 31,7
38Х2МЮА Os, Лр 1247 0,39 0,35 0,38 1,40 0,09 0,15 0,013 0,013 0,21 29,2
40ХН2МА Os 9395 0,39 0,25 0,57 0,70 1,34 0,18 0,015 0,012 0,20
Лр 3050 0,41 0,24 0,60 0,86 1,28 0,17 0,016 0,008 0,24 37,5
Примечание: содержание свинца в обеих плавках стали 11914 составляет 0,22%; для плавок,
испытанных на пластичность, приведено отношение Mn/S.
В табл. 1 указано также, какие реологические характеристики (сопротивление деформации 7s или пластичность Л ) были определены для каждой плавки.
Калибровочное бюро (www.passdesign.ru). 2015. Выпуск 5
47
------------------------------------------ Сортопрокатное производство
Все исследуемые стали относятся к классу низко- и среднеуглеродистых. Из литературы [1, 2] известно, что эти стали характеризуются так называемой красноломкостью, заключающейся в довольно резком снижении уровня пластичности металла в интервале температур 1050-900оС. Большинство исследователей [3, 4 и др.] красноломкость объясняют наличием по границам зерен легкоплавких эвтектик, состоящих из сульфидов и оксисульфидов.
Главная роль в устранении красноломкости отводится марганцу [4, 5], который имея большее сродство с серой, замещает в сульфидах железо и образует сульфиды марганца MnS с более высокой температурой плавления. При этом cульфиды марганца выделяются не по границам зерен, а в их объеме. Все это приводит к нейтрализации вредного влияния серы. Количество вводимого в сталь марганца принято оценивать величиной отношения Mn/S. Величина Mn/S, обеспечивающая отсутствие у стали красноломкости, зависит от химсостава стали, количества в ней примесей, газов и особенно кислорода. С ростом этого отношения красноломкость стали становится менее выраженной.
Важную роль в придании стали красноломкости отводят также нитридам, главным образом, алюминия [3, 6], которые выделяются по границам зерен в виде пленочных включений. Пониженной деформируемости реальных слитков из низко- и среднеуглеродистых сталей способствуют также повышенная усадка их в твердом состоянии, обусловливающая повышенный уровень напряжений в их поверхностном слое [7], а для низкоуглеродистых сталей - особенность их кристаллизации, сопровождающейся резким переходом 5-железа в у-железо при узком температурном интервале затвердевания, что способствует выделению в междендритных пространствах тонких прослоек сульфидов [8].
Методика исследования
Эксперименты по определению сопротивления деформации сталей проведены на кулачковом пластометре максимальным усилием 1000 кН пластометрического комплекса, установленного в Центре коллективного пользования
Калибровочное бюро (www.passdesign.ru). 2015. Выпуск 5
48
------------------------------------------ Сортопрокатное производство
(ЦКП) ИМАШ УрО РАН, путем осадки цилиндрических образцов диаметром 12±0,2 мм и высотой 16±0,5 мм по методике, подробно описанной в работе [9].
Заготовки-пробы для изготовления образцов отбирали на радиуса проката диаметром 200-250 мм из участка, соответствующего средней части слитка. Образцы изготовляли после охлаждения отрезанных проб вместе с прокатом в термосах-колодцах.
Программа испытаний включала в себя осадку образцов при температурах 900-11500С не менее чем на 50% исходной их высоты (со степенью деформации £ > 50%).
Скорость деформации при осадке ^ была выбрана равной 1,0 с-1, что примерно соответствует скорости деформации при прокатке слитков в обжимной клети 900 заготовочного стана 850.
Нагрев образцов осуществляли в электрической печи. Образцы помещали в круглый металлический контейнер между двумя шлифованными бойками из твердого жаропрочного сплава. Для предотвращения охлаждения образцов в процессе испытания пространство между образцом и стенкой контейнера заполняли каолиновой ватой. Для уменьшения бочкообразования на торцы образцов наносили смазку, состоящую из смеси молотых стекол различного состава.
Для нагрева контейнер помещали в печь, разогретую до заданной температуры, и нагревали в течение 27-17 минут в зависимости от температуры нагрева.
Пластометрический комплекс ЦКП ИМАШ УрО РАН оснащен системой сбора и обработки информации на базе ПЭВМ Pentium 3 с быстродействующим аналого-цифровым преобразователем АЦП PCI-1713, пакетом GeniDAQ в ее составе с программным обеспечением GENIE (Advantech). В экспериментах использована программа GeniDAQ с реализацией циклов сбора информации 5 мс.
Силу осадки по ходу процесса измеряли месдозой, которую перед испытаниями подвергали дополнительной тарировке. Типичная диаграмма компьютерной записи процесса осадки представлена на рис.1.
Калибровочное бюро (www.passdesign.ru). 2015. Выпуск 5
49
------------------------------------------ Сортопрокатное производство
Полученные диаграммы компьютерной записи подвергали обработке по специально разработанной программе, в результате чего получали кривые зависимости сопротивления деформации 7s в МПа от относительной деформации s, %, т. е кривые упрочнения сталей по ходу осадки.
Рис. 1. Диаграмма компьютерной регистрации процесса осадки:
1 - график перемещения ползуна (бойка), 2 - график изменения силы осадки, по оси абсцисс - шкала точек отсчета времени осадки (их порядковый номер)
Напряжение течения (сопротивление деформации) определяли как 7s = P/FT, где P - сила осадки (определяется месдозой), FT - текущая
площадь поперечного сечения образца, которую рассчитывали из условия постоянства объема. Для пересчета значений силы р в кгс использовали результаты тарировки месдозы.
Пластичность сталей определяли методом растяжения гладких цилиндрических образцов диаметром d0 = 8±0,1 мм и длиной рабочей части 26±0,2 мм.
При растяжении в качестве меры пластичности использовали степень деформации сдвига Л p, накопленную металлом к моменту разрушения, в формулировке В.Л. Колмогорова [10]. Её определяли по месту разрушения образца (по месту образования шейки). Для её определения на инструментальном мик-
Калибровочное бюро (www.passdesign.ru). 2015. Выпуск 5
50
------------------------------------------ Сортопрокатное производство
роскопе БМИ-1 измеряли диаметр шейки в месте разрушения dm. Уровень
пластичности рассчитывали по формуле Лр = 2 ln dmf d0 .
По результатам опытов строили температурные диаграммы пластичности Л р = f (T) - графики зависимости показателя пластичности от температуры T .
Растяжение образцов осуществляли на установленном в ИМАШ УрО РАН гидравлическом прессе усилием 900 кН с использованием специально изготовленного реверсора (рис. 2). Среднюю (рабочую) часть образцов, где обычно происходит образование шейки и разрыв, изолировали слоем асбеста толщиной до 10 мм. Нагрев образцов под испытание также осуществляли в электрической печи в течение 25-15 минут (в зависимости от температуры). Для большей равномерности нагрева по периметру образцы располагали вертикально. Образцы испытывали при температурах 900-12500С также со скоростью деформации £ « 1с_1.
Рис.2. Эскиз реверсора для растяжения образцов
Калибровочное бюро (www.passdesign.ru). 2015. Выпуск 5
51
Сортопрокатное производство
Результаты исследования сопротивления деформации.
Анализ кривых упрочнения сталей
Кривые упрочнения низкоуглеродистых сталей 20, 20Х, 11914, S355J2G3, 16MnCrS5 представлены на рис. 3.
Рис.3. Кривые упрочнения низкоуглеродистых сталей 20, 20Х, 16MnCrS5, S355J2G3 и стали 11914 при скорости деформации £ = 1c_1 при температурах испытания 900 (1), 950 (2), 1000 (3), 1050 (4), 1100 (5) и 11500С (6)
Калибровочное бюро (www.passdesign.ru). 2015. Выпуск 5
52
Сортопрокатное производство
Из анализа их следует, что сопротивление деформации 7s низкоуглеродистых сталей с ростом степени деформации s (при постоянной скорости деформации, равной 1 с-1) изменяется немонотонно. На первой стадии обжатия до S = 30±5% идет интенсивное упрочнение металла, а при дальнейшем увеличении деформации начинаются процессы динамического разупрочнения, обусловленные динамической рекристаллизацией металла. При этом 7s снижается
до некоторой величины, после чего (при более высоких степенях деформации) несколько стабилизируется. Чем выше температура деформации, тем раньше (при меньших степенях деформации) начинается разупрочнение. Иными словами, с повышением температуры максимум 7s смещается в сторону меньших деформаций.
Из всех рассматриваемых низкоуглеродистых сталей наиболее высоким сопротивлением деформации при 9000С обладает сталь 11914, для которой максимальный уровень 7s = 250МПа, в то время как для всех других сталей максимальный уровень 7s составляет 215-225 МПа. При более высоких температурах, в том числе при температурах начала прокатки (1150-11000С), для всех рассматриваемых сталей 7s различается незначительно. По мере охлаждения
металла в процессе прокатки с 1150 до 9000С сопротивление деформации сталей повышается в 2,2-2,6 раза.
Кривые упрочнения среднеуглеродистых сталей 080М40, 30ХГСА, 38ХМА, 38ХС, 38Х2МЮА и 40ХН2М представлены на рис. 4.
Сопротивление деформации среднеуглеродистых сталей в зависимости от степени деформации изменяется по тому же закону, что и для низкоуглеродистых сталей: вначале имеет место интенсивное упрочнение, а по достижении степени деформации 25-35% начинается динамическое разупрочнение с падением и некоторой стабилизацией уровня 7s.
Наименьший уровень сопротивления деформации имеет углеродистая сталь 080М40. У легированных сталей уровень 7s зависит от степени легиро-
Калибровочное бюро (www.passdesign.ru). 2015. Выпуск 5
53
Сортопрокатное производство
вания и содержания углерода. Однако в целом различие в уровне Gs исследованных легированных сталей невелико.
О 10 20 30 40 50 60 0 10 20 30 40 50 60 £,%
Рис. 4. Кривые упрочнения среднеуглеродистых сталей 080М40, 30ХГСА, 38ХМА, 38ХС, 38Х2МЮА и стали 40ХН2МА. Обозначения - см. на рис. 3
Для рассматриваемых сталей по мере охлаждения металла с температуры нагрева 1150 до 9000С максимальный уровень Gs повышается с 105-120 до 250280 МПа, т.е. в 2,3-2,4 раза. На рис. 5 изображена температурная зависимость максимального уровня сопротивления деформации исследуемых сталей (при степени деформации £ = 30±5%).
Калибровочное бюро (www.passdesign.ru). 2015. Выпуск 5
54
Сортопрокатное производство
900 950 1000 1050 1100 1150 Т/С
Рис.5. Температурная зависимость максимального уровня сопротивления деформации низкоуглеродистых (а) и среднеуглеродистых (б) сталей (при £ = 30±5%)
Температурная зависимость 7s исследованных сталей имеет типичный
вид: сопротивление деформации с понижением температуры плавно снижается, без каких-либо резких изменений вплоть до 9000С. Интенсивность снижения
уровня 7s с ростом температуры уменьшается. Для среднеуглеродистых сталей (рис. 6) отмечается более интенсивное снижение величины 7s.
Результаты исследования высокотемпературной пластичности
Диаграммы пластичности низкоуглеродистых сталей в интервале температур 900-12500С представлены на рис. 6.
Калибровочное бюро (www.passdesign.ru). 2015. Выпуск 5
55
Сортопрокатное производство
800 900 1000 1100 1200 Т/С
Рис. 6. Пластичность Л низкоуглеродистых сталей в интервале температур 900-1250оС
Для сталей 20, 20Х и 16MnCrS5 характерно значительное падение уровня Л в интервале температур 1050-9000С. Исследованные плавки этих сталей
имеют отношение Mn/S в пределах 22,5-39,0. Плавка стали марки S355J2G3 выгодно отличается от них существенно более высоким отношением Mn/S (74,0), благодаря чему её красноломкость проявляется в меньшей степени, а уровень пластичности при 9000С у неё существенно выше. Для стали 11914, содержащей свинец (0,22%) и много серы (0,164%) при очень низком отношении Mn/S (7,5), характерно падение уровня пластичности во всем исследованном интервале температур и низкий уровень Л при температурах 900-10000С (в конце
прокатки).
Калибровочное бюро (www.passdesign.ru). 2015. Выпуск 5
56
------------------------------------------ Сортопрокатное производство
Из рассмотрения диаграмм пластичности низкоуглеродистых сталей (рис. 6) следует важный вывод, что максимальный уровень пластичности всех этих сталей имеет место при температурах 1150-12500С.
Известно, что с увеличением в сталях содержания углерода красноломкость их проявляется слабее. Однако и для среднеуглеродистых сталей (0,30-0,40%С) снижение уровня пластичности в интервале температур 1150-9000С может сохраняться, хотя и в меньшей степени, чем для низкоуглеродистых сталей. Сказанное подтверждают диаграммы пластичности среднеуглеродистых сталей в интервале температур 850-12500С (или 900-12500С) (рис. 7).
800 900 1000 1100 1200 800 900 1000 1100 1200 VС
Рис. 7. Пластичность Л среднеуглеродистых сталей в интервале температур 850 (900) -12500С
Калибровочное бюро (www.passdesign.ru). 2015. Выпуск 5
57
Сортопрокатное производство
Для всех сталей характерно плавное снижение уровня пластичности, начиная с температур 1100-11500С. Максимальный уровень пластичности этих сталей также имеет место в интервале 1150-12500С.
Из обобщения полученных результатов исследования высокотемпературной пластичности следует очень важный вывод: все рассматриваемые стали можно нагревать под прокатку до температуры металла 1200-12500С.
В связи с этим рассмотрим принятые на заводе им. А.К.Серова температуры начала прокатки (табл. 2). Максимально допустимая температура начала прокатки большинства сталей составляет 1170-11800С (для стали 11914 -11450С), а температура, на которую следует ориентироваться при нагреве слитков, - 1140-11300С (для стали 11914 - 1085-11450С).
Таблица 2
Принятые и рекомендуемые температуры начала прокатки на заготовочном стане 850
Марка стали Температура начала прокатки, Т5С
принятая на заводе рекомендуемая
20 1140±40 (1100-1180) 1220±30 (1190-1250)
20Х 1140±40 (1100-1180) 1220±30 (1190-1250)
16MnCrS 1130±40 (1090-1170) 1220±30 (1190-1250)
S355J2G3 1140+40/-20 (1120-1180) 1220±30 (1190-1250)
АС-14 1115±30 (1085-1145) 1220±30 (1190-1250)
080М40 1140±40 (1100-1180) 1220±30 (1190-1250)
38ХС 1130±40 (1090-1170) 1200±30 (1170-1230)
38ХМА 1130 ±40 (1090-1170) 1210±30 (1180-1240)
30ХГСА 1130 ±40 (1090-1170) 1220±30 (1190-1250)
38Х2МЮА 1130±40 (1090-1170) 1200±30 (1170-1230)
40ХН2МА 1130±40 (1090-1170) 1190±30 (1160-1220)
Данные литературы [11 и др.], а также производственный опыт металлургических и машиностроительных предприятий свидетельствуют о необоснованно низких температурах нагрева, применяемых на заводе им. А.К.Серова.
Калибровочное бюро (www.passdesign.ru). 2015. Выпуск 5
58
Сортопрокатное производство
Рекомендации по повышению температур прокатки
исследованных сталей
На основании полученных результатов наших и других исследований с учетом производственного опыта металлургических и машиностроительных предприятий нами рекомендованы более высокие температуры начала прокатки слитков на стане 850 (см. табл. 2).
Преимущества более высокого нагрева под прокатку:
1. снижение энергосиловых параметров прокатки и уменьшение износа
оборудования благодаря снижению уровня 7s;
2. более высокий уровень пластичности металла, что приведет к уменьшению вероятности образования деформационных дефектов как в поверхностных, так и во внутренних объемах слитка;
3. расширение температурного интервала деформации. В этом случае еще до начала интервала красноломкости (1050-9000С) металл может получить достаточно большую деформацию и перейти из литого состояния в деформированное с более высоким уровнем пластичности. Это, в свою очередь, будет также способствовать снижению поражен-ности металла деформационными дефектами;
4. более равномерное распределение деформации по высоте слитка, что приведет к уменьшению в осевой зоне растягивающих напряжений, снижающих пластичность металла и препятствующих закрытию дефектов усадки слитка;
5. ускорение закрытия усадочных дефектов слитка в процессе прокатки.
Проиллюстрируем два последних вывода следующим.
Распределение деформации при прокатке полосы (слитка) зависит от параметра lftfhcp очага деформации, где 1д - длина очага деформации, мм, hcp -средняя высота заготовки в очаге деформации, мм [12].
Калибровочное бюро (www.passdesign.ru). 2015. Выпуск 5
59
------------------------------------------ Сортопрокатное производство
Согласно работе [13] при 1д/Нср < 0,3-0,8 деформация сосредотачивается
в приконтактных зонах, а осевая зона или вообще не деформируется, или подвергается принудительному растяжению под действием деформируемых приконтактных объемов, что приводит к возникновению продольных растягивающих напряжений в осевой зоне прокатываемого металла. Растягивающие напряжения в осевой зоне сменяются на сжимающие только при ldjhcp > 0,8.
Анализ режима обжатий слитка массой 5,7 тонн и калибровки валков на обжимной клети 900 стана 850 показал, что, например, прокатка блюма сечением 220х220 мм в начальных 10-15 проходах осуществляется при неблагоприятном напряженно-деформированном состоянии при наличии растягивающих напряжений, которые препятствуют закрытию дефектов кристаллизации исходного слитка и уплотнению металла осевой зоны.
В практике производства слитки всегда нагреваются с каким-либо перепадом температур по сечению. Условно примем этот перепад равным 1000С.
Перепад температур обусловливает определенную разницу в сопротивлении деформации наружных и внутренних слоев слитка Дс. Для доказательства последнего тезиса обратимся к рассмотрению графика Cs = f (Тисп ) для стали 38Х2МЮА (рис. 8).
Рис. 8. Температурная зависимость сопротивления деформации стали 38Х2МЮА. Значение Cs при 12000С получено экстраполяцией
Калибровочное бюро (www.passdesign.ru). 2015. Выпуск 5
60
----------------------------------------- Сортопрокатное производство
Из графика видно, что при одном и том же перепаде температур (1000С) у слитка, нагретого до 11000С, разница в сопротивлении деформации А7: составит 50-60 МПа, а у слитка, нагретого на 12000С, - меньше 20 МПа. Благодаря меньшей разнице в уровне 7s распределение деформации по высоте слитка, нагретого до более высокой температуры (12000С), будет более равномерным, что приведет к улучшению проработки металла в осевой зоне и к уменьшению в этой зоне растягивающих напряжений, ухудшающих закрытие усадочных дефектов слитка и снижающих пластичность металла.
Аналогичные результаты будут получены при анализе сопротивления деформации всех других исследованных марок сталей. Приведенный анализ подтверждает, что для улучшения проработки металла и закрытия усадочных дефектов осевой зоны слитка, снижения уровня растягивающих напряжений в осевой зоне максимально допустимую температуру нагрева слитков под прокатку целесообразно повысить до более высоких температур (1220-12500С).
Производственное опробование повышенных температур прокатки
Рекомендованные повышенные температуры нагрева под прокатку (температуры начала прокатки) были опробованы при производстве товарного проката на заготовочном стане 850 в течение трех месяцев.
С этой целью были изменены параметры нагрева слитков в подогревательных группах колодцев. В частности, предусмотрено увеличение продолжительности нагрева на 30 минут при температуре посадки слитков 8000С; на 60 минут - при температуре посадки 7500С и на 90 минут - при температуре посадки 7000С и ниже.
Увеличены также пределы температуры начала прокатки слитков для сталей:
I группа (20,20Х, 080М40, S355J2G3) - П30-Ш0°С вместо П00-П80°С по инструкции (табл. 2);
Калибровочное бюро (www.passdesign.ru). 2015. Выпуск 5
61
------------------------------------------ Сортопрокатное производство
II группа (11914, 16MnCrS5, 38ХС, 40ХН2МА, 38ХМА, 30ХГСА, 38Х2МЮА) - 1120-11900C вместо 1090-11700C.
При опытном производстве проката из плавок, выплавленных за указанный период:
- получены положительные результаты для марок сталей 20, 11914, 080М40, 38Х2МЮА, 16MnCrS5, S355J2G3;
- получены некоторые отрицательные результаты для марок сталей 40ХН2МА, 20Х, 38ХС, 30ХГСА;
- не удалось оценить сталь марки 38ХМА по причине отсутствия производства товарного проката в опытный период.
Анализ итогов производственного опробования свидетельствует о том, что получены неоднозначные результаты по отбраковке проката после нагрева по опытным режимам. Одной из причин таких результатов, возможно, явилось незначительное повышение температуры нагрева (на 20-30°С) по сравнению с рекомендациями табл. 2 (повышение на 60-90°С).
Если рассматривать влияние повышенного нагрева отдельно на наружные и отдельно на внутренние дефекты, то получим следующую картину: положительное влияние на наружные дефекты обнаружено на 6 сталях, положительное влияние на внутренние дефекты - на всех 5 сталях, прокат из которых подвергался УЗК.
Результаты снижения образования брака по УЗК при производстве товарного проката на стане 850 после реализованных мероприятий, направленных на нагрев слитков, в феврале 2014г. по рекомендациям промежуточного отчета специалистов ИМАШ УрО РАН, представлены на графике (рис. 9) в сравнении со средним показателем за предшествующий 2013г.
Это обстоятельство позволяет предположить, что повышение температуры и увеличение длительности нагрева в большей мере сказывается на снижении дефектности осевой зоны благодаря более равномерному прогреву по сечению и повышению уровня пластичности металла осевой зоны.
Калибровочное бюро (www.passdesign.ru). 2015. Выпуск 5
62
Сортопрокатное производство
Рис. 9. Динамика снижения образования брака по УЗК после введения мероприятий по нагреву слитков
Выводы
По результатам исследований сопротивления деформации и выскотемпе-ратурной пластичности одиннадцати марок сталей, применяемых в ОАО «Металлургический завод им. А.К.Серова», даны предложения по оптимизации температур начала прокатки низко- и среднеуглеродистых сталей. Проведенное производственное опробование рекомендаций привело к положительным результатам по снижению пораженности проката из большинства сталей поверхностными и внутренними дефектами.
Библиографический список
1. Перетятько В.Н., Зайков М.А. Пластичность углеродистых сталей // Известия вузов. Черная металлургия, 1961, № 6.
2. Потапов А.И. Деформируемость кузнечных слитков и пути ее повышения. Часть 1. Низко- и среднеуглеродистые стали // Заготовительные производства в машиностроении. 2008. № 11. С. 25-31.
Калибровочное бюро (www.passdesign.ru). 2015. Выпуск 5
63
------------------------------------------- Сортопрокатное производство
3. Бутаков Д.К. Технологические основы повышения качества легированной стали для отливок. Свердловск: Машгиз, 1963.
4. Мчедлишвили В.А., Любимова Г.А., Самарин А.М. Роль марганца в устранении вредного влияния серы на касчество стали. М.: Металлургия, 1960.
5. Lankford W. Some Considerations of Strength und Ductility in Continuous-Casting Process // Metallurgical Transactions. V. 3, №6, June, 1972.
6. Nicolson A. Hot Workability Testing of Steel // Jron and Steel. 1964. V.37. № 7-8. P. 290-294.
7. Пронов А.П. Усадка и прочность стали в процессе кристаллизации и после неё. ВНИТОМ. М.: Металлургиздат, 1950.
8. Баруздин И.Т. Процесс образования наружных трещин в слитке при горячей деформации // Сталь. 1959. №7.
9. Методика исследований сопротивления деформации на пластометрическом комплексе / А.И. Потапов, В.П. Мазунин, Д.А. Двойников, Е.А. Кокови-хин // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2010. № 9. Том 76. С. 59-63.
10. Колмогоров В.Л.. Напряжения. Деформации. Разрушение. М.: Металлургия, 1970. 229 с.
11. Тайц Н.Ю. Технология нагрева стали. М.: Металлургиздат, 1950.
451 с.
12. Теория прокатки. Справочник / А.И. Целиков, А.Д. Томленов, В.И. Зюзин и др. М.: Металлургиздат, 1982. 335 с.
13. Теория прокатки крупных слитков / Чекмарев А.П., Павлов В.Л., Ме-лешко В.И., Токарев В.А. М.: Металлургия, 1968. 252 с.
Калибровочное бюро (www.passdesign.ru). 2015. Выпуск 5
64
