CC BY
15
МРНТИ 53.31.23
https://doi.org/10.48081/CMWH5301
П. О. Быков1, М. Ж. Тусупбекова2, Д. Р. Абсолямова3, И. Э. Дейграф4
1,2,3,4Торайгыров университет, Республика Казахстан, г. Павлодар
МОДИФИЦИРОВАНИЕ СТАЛИ БАРИЙСОДЕРЖАЩИМИ МОДИФИКАТОРАМИ
В работе исследована технология модифицирования низколегированной стали борсодержащей порошковой проволокой «Insteel 1.4».
В экспериментах в качестве модификатора неметаллических включений использовали порошковую проволоку «Insteel 1.4» вместо СК30.
Присадку порошковой проволоки «Insteel 1.4» производили через кондуктор, расположенный на расстоянии 300—350 мм до уровня шлака в сталеразливочном ковше. Введение проволоки производилось с заданной скоростью от 90 до 120 м/мин.
Удельный расход порошковой проволоки «Insteel 1.4» составлял 0,8—1,0 кг/т. В случае недостаточного содержания кальция в металле, производили дополнительную присадку «Insteel 1.4», исходя из достигнутой степени усвоения данного материала.
Экспериментальные плавки показали, что применение барийсодержащей порошковой проволокой «Insteel 1.4» позволило снизить брак на опытных плавках на 1,66 % по сравнению с рядовыми плавками.
В непрерывнолитых заготовках снизилось содержание неметаллических включений: оксидов точечных на 22,4 %; силикатов недеформирующихся на 21,7 %; сульфидов на 16,7 %; хрупких силикатов на 5,9 %.
Исследование физико-механических показателей прокатанных труб, полученных из стали опытных плавок показало соответстве требованиям стандартов.
Ключевые слова: сталь, непрерывнолитая заготовка, модификатор, барий, бесшовная труба.
Введение
В Республике Казахстан производство стальных бесшовных труб нефтяного сортамента сосредоточено в ТОО «KSP Steel».
При производстве стальных бесшовных труб актуальным вопросом остается предотвращение образования брака, связанного с образованием сталеплавильной плены и раскатом данных неметаллических включений [1-4].
Применение для окончательного раскисления и модифицирования силикокальция не всегда решает данные проблемы, поэтому поиск и внедрение более эффективных модификаторов стали является актуальной задачей.
Практика сталеплавильного производства показывает, что стабильность и эффективность производства стали, подвергаемой внепечной обработке зависит прежде всего от высокоэффективных и относительно дешевых комплексных сплавов, позволяющих целенаправленно управлять физико-химическим состоянием металлического расплава и как следствие свойствами металлоизделий.
Применение только силикокальция и алюминия для раскисления и модифицирования стали ограничивает возможности сталеплавильщиков [5, 6]. Повышенное содержание в ферросилиции ФС75 алюминия (до 3,0 %) затрудняет получение высококачественной стали с высокими эксплуатационными свойствами, поскольку остаточное содержание алюминия в них должно быть менее 0,005 %. Обусловлено это тем, что «строчки» высокоглиноземистых включений вызывают сдвиговые напряжения в матрице [5]. Высокое содержание алюминия в ферротитане (8-14 %) и ферросиликоцирконии (5-9 %) алюминотермического производства, относительно высокая их стоимость не позволяют применять эти ферросплавы для раскисления и микролегирования стали ответственного назначения.
Решение проблемы повышения качества литой и деформированной стали, снижения содержания высокоглиноземистых неметаллических включений (НВ) достигается применением комплексных сплавов, содержащих щелочноземельные (ЩЗЭ), редкоземельные (РЗЭ) и другие химически активные элементы.
Одним из активных РЗЭ является барий (Ва), который согласно ряда исследований [7-10] оказывает модифицирующее влияние на неметаллические включения, ускоряя их всплывание, механические свойства стали (предел усталости, ударная вязкость) и их изотропность заметно улучшаются, отмечается также благоприятное влияние Са и Ва на микроструктуру низколегированной стали в состоянии после отжига.
Материалы и методы
Объектом исследования являлась технология модифицирования низколегированной стали борсодержащей порошковой проволокой «1ш1ее1 1.4».
Для экспериментальных исследований использовалась низколегированная сталь следующего химического состава (таблица 1).
Таблица 1 - Химический состав стали, %
С Мп Si Сг, не более Си, не более Мо, не более А1 Р, не более не более
0,30-0,34 1,25-1,50 0,15-0,35 0,25 0,25 0,08 - 0,030 0,030
В работе использовали следующие методы исследования:
- оптико-эмиссионная спектрометрия по ГОСТ 18895 на оптико-эмиссионном спектрометре ДФС-500;
- макро- и микроструктурный анализы по ГОСТ 10243, ГОСТ 8233, СТО-002-2017, СТО-007-2015.
Выплавка стали осуществлялась в дуговой печи (ДСП) емкостью 60 тонн одношлаковым процессом с доводкой стали на агрегате ковш-печь (АКП) и ковшевом вакууматоре (КВ).
В качестве шихтовых материалов использовались:
- металлолом категории 1А, 2А, отходы передельных участков по ГОСТ 2787;
- для науглероживания - углеродсодержащий материал фракцией 0,5-2 мм, с содержанием углерода не менее 93 %;
- шлакообразующие материалы - известь свежеобожженная с содержанием активных окисей Ca0+Mg0 не менее 90 %, плавиковый шпат по ГОСТ 29220-91;
- раскислители, легирующие, модификаторы - ферросиликомарганец по ГОСТ 4756-91 ^еБ1Мп), ферросилиций по ГОСТ 1415-93 (Бе81 - 65), силикокальций СК30 по ГОСТ 4762-71 (для сравнительной плавки), ферромарганец ^еМп - 80) по ГОСТ 4755 - 91, алюминий АВ - 87 ГОСТ 295-98 катанку алюминиевую ГОСТ 13843-78.
В экспериментах в качестве модификатора неметаллических включений использовали порошковую проволоку «1ш1ее1 1.4» вместо СК30.
Присадку порошковой проволоки «1ш1ее1 1.4» производили через кондуктор, расположенный на расстоянии 300-350 мм до уровня шлака в сталеразливочном ковше. Введение проволоки производилось с заданной скоростью от 90 до 120 м/мин.
При обработке металла на вакуумном дегазаторе, присадку порошковой проволоки «1^1ее1 1.4» производили после вакуумирования, с установкой кондуктора на аналогичном расстоянии до уровня шлака в сталеразливочном ковше. Введение проволоки производилось с заданной скоростью от 90 до 120 м/мин.
Удельный расход порошковой проволоки «1ш1ее1 1.4» составлял 0,8-1,0 кг/т. В случае недостаточного содержания кальция в металле, производили дополнительную присадку «1ш1ее1 1.4», исходя из достигнутой степени усвоения данного материала.
После присадки порошковой проволоки «1ш1ее1 1.4» в металл производилась продувка металла аргоном без оголения зеркала металла («мягкая» продувка) в течение не менее 6 минут, после чего производился отбор пробы металла.
Разливку опытных плавок производили в штатном режиме на радиальной машине непрерывного литья заготовок (МНЛЗ). Во время разливки дополнительно производился отбор темплетов непрерывнолитых заготовок (НЛЗ) на определение загрязненности стали неметаллическими включениями. Отбор темплетов производили в середине плавки с каждого ручья.
Прокат труб в штатном режиме согласно действующих технологических инструкций. Во время проката производили отбор образцов для исследования на наличие загрязненности стали неметаллическими включениями. Длина образца - не менее 150 мм.
В качестве сравнения была взята серия плавок той же марки стали, которая производилась перед серией опытных плавок.
Результаты и обсуждение
Зафиксированные данные приведены в таблице 2.
Таблица 2 - Показатели по присадке материала и усвоению химических элементов, путем присадки барийсодержащей порошковой проволоки с наполнителем «1ш1ее1 1.4»
Наименование плавки Кол-во присаженной % усвоения % усвоения Са
проволоки, м
Сравнительные плавки 78,75 32,73 11,54
Опытные плавки 134,00 38,48 13,23
Отклонение 55,25 5,76 -1,69
Данные по анализу загрязненности стали неметаллическими включениями приведены в таблице 3.
Таблица 3 - Загрязненность стали неметаллическими включениями
Наименование плавки Сравнительные плавки Опытные плавки ОТ ОС СП СХ 1,63 0,00 0,07 0,67 1,27 0,00 0,07 0,63 СН С НА НТ 1,53 1,20 0,00 0,00 1,20 1,00 0,00 0,00
Отклонения -0,37 0,00 0,00 -0,04 -0,33 -0,20 0,00 0,00
ОТ- оксиды точечные; ОС - оксиды строчечные; СП - силикаты пластичные; СХ - силикаты хрупкие; СН - силикаты недеформирующиеся; С - сульфиды; НА - нитриды алюминия; НТ -нитриды точечные.
Во время проката труб из НЛЗ были отобраны образцы для проведения физико-механических испытаний. Результаты ФМИ представлены в таблице 4.
Таблица 4 - Результаты физико-механических испытаний
Наименование плавки Временное сопротивление разрыву оВ, МПа Предел текучести оТ, МПа Относительное удлинение 8,% Ударный изгиб, Дж
норма факт норма факт норма факт норма | факт
Сравнительные Опытные 689 738,94 753,19 552-758 645,56 656,94 16,00 28,34 28,10 109,21 28,00 105,31
Отклонение 14,25 11,39 -0,24 -3,90
Анализ показал следующие результаты:
1 В ходе производства НЛЗ расход проволоки увеличился на 0,43 кг/т годного, усвоение за счет применения проволоки «1ш1ее1 1.4» увеличилось на 5,7 %, усвоение [Са] увеличилось на 1,69 %.
2 Количество брака на опытных плавках ниже на 1,66 % по сравнению с рядовыми.
3 Исследования загрязненности стали опытных плавок неметаллическими включениями выявило:
- снижение содержания оксидов точечных на 22, 4 %;
- снижение силикатов недеформирующихся на 21,7 %;
- снижение сульфидов на 16,7 %;
- снижение содержания хрупких силикатов на 5,9 %.
4 Физико-механические показатели труб из стали опытных плавок соответствуют требованиям стандарта.
Выводы
1 В условиях дейтсвующего производства опробована технология
1 и и и и
модифицирования низколегированной стали барийсодержащей порошковой проволокой «1ш1ее1 1.4».
2 Применение барийсодержащей порошковой проволокой «1ш1ее1 1.4» позволило снизить брак на опытных плавках на 1,66 % по сравнению с рядовыми плавками.
3 В непрерывнолитых заготовках снизилось содержание неметаллических включений:
- оксидов точечных на 22, 4 %;
- силикатов недеформирующихся на 21,7 %;
- сульфидов на 16,7 %;
- хрупких силикатов на 5,9 %.
4 Исследование физико-механические показателей прокатанных труб, полученных из стали опытных плавок соответствуют требованиям стандартов.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1 Сержанов, Р. И., Богомолов, А. В., Быков, П. О., Ыксан, Ж. М. Повышение качества непрерывнолитых заготовок и термоупрочненного сортового проката / монография под общей редакцией Р. И. Сержанова. - Павлодар : Кереку, 2011. - 258 с.
2 Данченко, В. Н. Технология трубного производства. - М. : Интерметинжиниринг, 2002. - 640 с.
3 Голубцов, В. А. Теория и практика введения добавок в сталь вне печи. -Челябинск, 2006. - 423 с.
4 Быков, П. О. Совершенствование процессов выплавки стали и производства катанных помольных шаров в условиях электросталеплавильного производства Республики Казахстан : Монография. - Павлодар : ПГУ имени С. Торайгырова, 2018. - 163 с.
5 Вишкарев, А. Ф., Близнюков, С. А., Явойский, В. И. Теоретические основы комплексного раскисления стали // Влияние комплексного раскисления на свойства сталей. Министерство черной металлургии СССР / Со. трудов. - М. : Металлургия, 1982. - С. 4.
6 Ахметов, А. Б., Толымбеков, М. Ж., Берг, А. А., Чекимбаев, А. Ф., Огурцов, Е. А., Камылина, Л. Н., Кусаинова, Г. Д. Исследование природы неметаллических включений в слитках спокойных марок стали // Сб. научн. тр. ХМИ. - Алматы, 2002. - С. 801-804.
7 Голубцов, В. А., Дёмин, К. Ю., Дёмин, Ю. С. и др. Использование комплексных барийсодержащих модификаторов для улучшения качества колёсной стали // Сталь, 2009. - №12. - С. 17-22.
8 Скоробогатов, Ю. С., Быков, П. О., Алыбай, А. Ч., Бегалиев, Р. А.
Исследование процесса модифицирования стали барийсодержащими модификаторами // Материалы международной научной конференции «XVI Сатпаевские чтения» (Часть 2). - Павлодар : ПГУ имени С. Торайгырова, 2016. - С. 238-242.
9 Григорович, К. В., Дёмин, К. Ю., Арсенкин, А. М. и др. Перспективы применения барийсодержащих лигатур для раскисления и модифицирования транспортного металла // Металлы, 2011. - № 5. - С. 146-156.
10 Рябчиков, И. В., Ахмадеев, А. Ю., Андреев, В. В. Металлургические способы улучшения эксплуатационных свойств российских рельсов // Сталь, 2011. - № 1. - С. 25-27.
REFERENCES
1 Serzhanov, R. I., Bogomolov, A. V., Bykov, P. O., Yksan, Zh. M. Povyshenie kachestva nepreryvnolityh zagotovok I termouprochnenogo sortovogo prokata / monografía pod obcshey redakciey R. I. Serzhanova. - Pavlodar : Kereku, 2011. - 258 p.
2 Danchenko, V. N. Tehnologia trubnogo proizvodstva. - Moscow : Intermet Inzhiniring, 2002. - 640 p.
3 Golubtcov, V. A. Teoría I praktika vvedenia dobavok v stal vne pechi. -Chelyabinsk, 2006. - 423 p.
4 Bykov, P. O. Sovershenstvovanie procesov vyplavki stali i proizvodstva katannyh pomolnyh sharov v usloviyah elektrostaleplavilnogo proizvodstva Respubliki Kazakhstan : Monografía. - Pavlodar : PGU imeni S. Toraighyrov, 2018. - 163 p.
5 Vishkarev, A. F., Bliznukov, S. A., Yavoiskii, V. I. Teoreticheskie osnovy kompleksnogo raskisleniya stali // Vliyanie kompleksnogo raskisleniya na svoistva stalei. Ministerstvo chernoy metallurgii SSSR / So. trudov. - Moscow : Metallurgia, 1982. - Р. 4.
6 Ahmetov, A. B., Tolymbekov, M. Zh., Berg, A. A., Chekimbaev, A. F., Ogurtsov, E. A., Kamylina, L. N., Kusainova, G. D. Issledovanie prirody nemetallicheskih vkluchenii v slitkah spokoinyh marok stali // Sb. nauchn. tr. HMI. -Almaty, 2002. - Р. 801-804.
7 Golubtsov, V. A., Demin, K. U., Demin, U. S. i dr. Ispolzovanie kompleksnyh bariisoderzhaschih modifikatorov dlya ulucheniya kachestva kolesnoy stali // Stal, 2009. - №12. - Р. 17-22.
8 Skorobogatov, U. S., Bykov, P. O., Alybai, A. Ch., Begaliev, R. A. Issledovanie processa modificirovaniya stali bariisoderzhaschimi modifikatorami // Materialy mezhdunarodnoi nauchnoi konferencii «XVI Satpaevskie chteniya» (Chast 2). - Pavlodar : PGU imeny S. Toraighyrov, 2016. - Р. 238-242.
9 Grogorovich, K. V., Demin, K. U., Arsenkin, A. M. i dr. Perspektivy primeneniya bariisoderzhaschih ligature dlya raskisleniya I modificirovaniya transportnogo metalla // Metally, 2011. - № 5. - Р. 146-156.
10 Rybchikov, I. V., Ahmadeev, A. U., Andreev, V. V. Metallurgicheskie sposoby uluchsheniya expluatacionnyh svoistv rossiiskih relsov // Stal, 2011. - № 1. - Р. 25-27.
Материал поступил в редакцию 06.06.22.
П. О. Быков1, М. Ж. Тустбекова2, Д. Р. Абсолямова3, И. Э. Дейграф4
UA^popaftFbipoB университет^
Казахстан Республикасы, Павлодар к.
Материал 06.06.22 баспаFа тYстi.
БАРИЙ БАР МОДИФИКАТОРЛАР БОЛАТЫНЬЩ МОДИФИКАЦИЯСЫ
Жумыстатемен цосындыланган болатты модификациялаутехнологиясы «Insteel 1.4» борцурамды унтацты сыммен темен крсындыланган болатты модификациялау технологиясы зерттелдi.
Эксперименттерде СК30 орнына «Insteel 1.4» унтац сымы металл емес цоспалардыц модификаторы реттде пайдаланылды.
«Insteel 1.4» унтац сымыныц цоспасы болат цую шемiшiндегi цож децгешне дешн 300-350 мм цашыцтыцта орналасцан еттзгш арцылы жасалды.
Сымды енгiзу 90-нан 120 м/мин дейiнгi жылдамдыцпен жyргiзiлдi. «Insteel 1.4» унтацты сымыныц меншiктi шыгыны 0,8—1,0 кг/т цурады, металда кальций жеткШк^з болган жагдайда, осы материалды игерудщ цол жеттз^ен дэрежесте суйене отырып, «Insteel 1.4» цосымша цоспасы ендiрiлдi.
Эксперименттт балцыту «Insteel 1.4» цурамында барий бар унтац сымын цолдану тэжiрибелiкбалцытулардагы ацауды цатардагы балцытумен салыстырганда 1,66 %-га темендетуге мумктдж бергент керсеттi.
Yздiксiз цуйылган дайындамаларда металл емес цосындылардыц цурамы темендедi: нуктелт оксидтер 22,4 %; деформацияланбайтын силикаттар 21,7 %; сульфидтер 16,7 %; сынгыш силикаттар 5,9 %.
Тэжiрибелiк балцымалардыц болатынан алынган илектелген цубырлардыц физикалыц-механикалыц керсеткштерт зерттеу стандарт талаптарына сэйкес келедi.
Кiлттi сездер: Болат, yздiксiз цуйылган дайындама, модификатор, барий, жж^з цубыр.
P. O. Bykov1, M. Zh. Tussupbekova2, D. R. Absolyamova3, I. E. Deygraf
1,2,3,4Toraighyrov University,
Republic of Kazakhstan, Pavlodar.
Material received on 06.06.22.
MODIFICATION OF STEEL WITH BARIUM-CONTAINING MODIFIERS
The technology of modification of low-alloy steel the technology of modification of low-alloy steel with boron-containing powder wire «Insteel 1.4» is investigated in the work.
In experiments, powder wire «Insteel 1.4» was used as a modifier of non-metallic inclusions instead of SK30.
The «Insteel 1.4» powder wire additive was produced through a conductor located at a distance of300—350 mm to the slag level in a steel ladle. The introduction of the wire was carried out at a given speed from 90 to 120 m/min.
The specific consumption of the powder wire «Insteel 1.4» was 0.8—1.0 kg/t. In case of insufficient calcium content in the metal, an additional additive «Insteel 1.4» was produced, based on the achieved degree of assimilation of this material.
Experimental melting showed that the use of barium-containing powder wire «Insteel 1.4» allowed to reduce the marriage on experimental melting by 1.66 % compared with ordinary melting. The content of nonmetallic inclusions decreased in continuously cast blanks: point oxides by 22.4 %; non-deformable silicates by 21.7 %; sulfides by 16.7 %; brittle silicates by 5.9 %.
The study ofphysical and mechanical parameters of rolled pipes obtained from steel of experimental smelts meet the requirements of the standard.
Keywords: steel, continuously cast billet, modifier, barium, seamless pipe.
