CC BY
82
Библиографический список
1. Beitelman L. Effect of mold EMS desiqn on billet castinq productivity and product quality //Canadian Metallurgical Quartelrly. 1999. № 5. P. 301-309.
2. Влияние электромагнитного перемешивания на качество макроструктуры и поверхности непрерывнолитых заготовок производствам Ц ОАО "ММК7 КазаковА.С., Суспицин В.Г., ЗиминаЛ.А., Ушаков С.Н. // Совершенствование технологии в ОАО "ММК": Сб. трудов Центральной лаборатории ОАО "ММК". Вып. 9. Магнитогорск: Дом печати, 2005. С. 95-98.
УДК 621.771 Сычков А.Б.
НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ВКЛЮЧЕНИЯ В ВЫСОКОУГЛЕРОДИСТОЙ СТАЛИ
Качественные параметры высокоуглеродистой катанки нормируются в нормативной документа -ции (НД) и требованиями потребителей. К этим параметрам можно отнести химический состав стали, дефектность поверхности, степень обезуглероживания, чистоту стали по неметаллическим включениям (НВ), макро- и микроструктуры, ме-ханические характеристики и т.п [1-5]. Однако имеется ряд проблем, которые следует разрешить, чтобы повысить, в целом, комплекс свойств катанки и технологичность её переработки на метизном переделе. Одной из этих проблем является чистота стали по НВ, повышение которой способ -ствует улучшению исходной пластичности катанки и деформируемости её при волочении в проволоку и при свивке в пряди, канатные конструкции иметаллокорд [6-11].
В процессе освоения высокоуглеродистой катанки наблюдалось устойчивое и монотонное снижение загрязненности стали НВ. Однако в последнее время наблюдается обратная картина: постепенно повышаются параметры, связанные с увеличением загрязненности стали НВ. Это, по-видимому , обусловлено неэффективной технологией вакуум ирования стали: применением так называемой обратной схемы. Эта схема предусматривает вакуумирование стали на вакуумато-ре камерного типа (УО), обработку стали на установке ковш-печь (УКП). Когда вакуумирование металла проводится до его внепечной обработки на УКП, металл может получить НВ из материалов, присаживаемых после вакууматора на УКП. Не отлажена также и технология с применением полностью магнезиальных сталеразливочных ковшей (СК), а склонность при разливке к затягиванию ручьев алюминийсодержащими настылями предопределяет значительный перегрев стали над расчетной температурой ликвидус , что формирует развитую девдригную ли-
квационную макроструктуру НЛЗ и способствует увеличению загрязненности стали НВ.
С целью повышения чистоты высокоуглеродистой стали по НВ и выработки критериев пре -дельно допустимой загрязненности металла было проведено несколько мероприятий. К ним относятся применение полностью магнезиаль-ных кирпичных сталеразливочных ковшей, в том числе и днища СК (плавка 1, сталь марки С82Э), обработка стали на сливе из ДСП в СК белыми, синтетическими шлаками (плавки 2 и 3, сталь 80КРД), модифицирование НВ смешанной лигатурой, содержащей кальций и редкоземельные металлы (серия плавок 4...11, сталь марки С82Э - опытные и контрольные плавки).
Применение полностью магнезиального СК
Неметаллические включения в НЛЗ (плавка 1) количественно оценивались на кованных пробах от 6-ти темплетов, отобранных от каждого ручья МНЛЗ, по ГОСТ 1778, метод Л1. Следует отме-тить, что во всех образцах подавляющее большинство НВ (97.98.7% оксидов и 91.5.99.2% сульфидов) имеют размеры 0.5.6 мкм (1-я группа НВ по методу Л1 ГОСТ 1778); остальные НВ распределены по размерам таким образом:
- 2 группа (5.9. 11.2 мкм) - 0.7. 4.2% для оксидов и 0.8.6.7% для сульфвдов;
- 3 группа (11.5. 16.8 мкм) - 0.0.9% - оксиды и 0. 1.8% - сульфиды;
- 4 группа (17.1. 22.4 мкм) - 0.0.9% - ок-свды, сульфвдов нет;
- 5 группа (22.7.28 мкм) - 0.0.3% - оксиды, сульфвдов нет;
- 7 группа (33.8.39.2 мкм) - 0.0.7% оксиды, сульфвдов нет.
То есть в кованых образцах НЛЗ наблюдаются достаточно мелкие НВ (оксиды протяженностью до 11.5 мкм в 97.7. 100% случаев по от -дельным образцам; сульфвды -16.8 мкм в 100%
случаев). Расчетные ивдексы (оксвды - до 6.5-10"3, сульфвды - до 4.2-10"3, общий - 8.6-10"3) загрязненности литой стали НВ (то есть удельная длина НВ на 1 мкм длины исследуемого участка , другими словами, - от 0.65 до 0.86% базовой длины) также доказывают незначительность пораженности металла опытной плавки НВ оксидного и сульфидного ввдов/типов.
Диаграмма Pirelli (рис. 1) и конкретный анализ химического состава каждого НВ в катанке, участвующего в построении этой диаграммы, показывают удовлетворительное распределение НВ, которое может обеспечить высокую деформационную пластичность при волочении высокоуглеродистой катанки в проволоку диаметром до 0.15 мм без существенной обрывности. Так, запретная зона С (Ьнв ^10 мкм; плотность
Новая схема
А - 94 шт. - 94 %
В - 5 шт. - 5 % С- 1шт.-1% Е- 100%
НВ < 20.40 см"2) в опытной плавке включает всего 1 НВ протяженностью 1 мкм - 1% с плот -ностью ~ 18 см-2. Остальные НВ находятся в оптимальной зоне В и имеют плотность 1395.2441/1808 см-2, но весьма малых размеров - не более 6 мкм. Фирма Pirelli признала, что плотность НВ не является представительной характеристикой и в 2004 г. заменила этот показатель на простое процентное соотношение; например, для металлокорда (см. спецификацию фирмы Pirelli N18.V.008, рев. № 7 от 16.06.04 г.) допускается в зоне С (Al2O3 > 50%) не более 4% НВ максимальным размером 10 мкм, в зоне В (Al2O3 = 25.50%)- не более 20% и в зоне А (Al2O3 = 0.25%) - остальные НВ; в зоне А и В протяженность НВ допускается до 30 мкм. На рис. 1 для плавки 1 количество НВ (по новой
Старая схема
№ образца Кол-во полей Кол-во вклю- чений Плотность вкл/смг Хим. состав, %
А В С
Ї 8 20 2441 20
2 12 20 1628 19 1
3 12 20 1395 20
4 12 20 1776 20
5 12 20 2170 20
Сумма 56 100 1808 99 1
% 0% 99% 1 %
І1нв™х = 6 МКМ
Рис. 1. Диаграмма ф. Р1геШ для катанки диаметром 11.0 мм из стали марки С82й, микролегированной
ванадием (плавка 1)
Старая схема
Новая схема
А - 42 шт. - 42 % В- 27 шт. -27% С- 31 шт.-31 % Е- 100%
№ образца Кол-во полей Кол-во вклю- чений Плотность вкл/см2 Хим. состав, %
А В С
1 26 20 751 1 12 7
2 28 20 698 14 6
3 18 20 1085 15 5
4 16 20 1221 14 6
5 18 20 1085 13 7
Сумма 106 100 921 1 68 31
% 1 % 68% 31 %
Н НВ шах 5 МКМ
Рис. 2. Диаграмма ф. Р1геШ для катанки диаметром 5.5 мм из стали марки 80КРД Вестник МГТУ им. Г. И. Носова. 2007. № 4. ---------------------------------------------
методике) в зоне С - 1%, в зоне В ~ 5% и в зоне А - 94%. Это подтверждает высокую чистоту по НВ катанки из стали, обрабатываемой в СК, полностью зафутерованного основной магнезиальной массой, обеспечившей наличие в металле мелких и пластичных НВ. Такой металл имеет высокую технологичность при переработке в тонкую проволоку иметаллокорд.
Обработка стали белыми синтетическими
шлаками при сливе металла из ДСП в СК
С целью снижения загрязненности стали НВ, ускорения процессов их модифицирования была опробована более ранняя обработка стали основ ными шлаками - на этапе слива металла из ДСП в СК. С этой целью провели опытное производство высокоуглеродистой стали марки 80КРД (плавки 2 и 3) и катанки из неё. Причем обработка осуществлялась белыми шлаками с УКП, полученными при производстве низкоуг-леродистой стали с повышенным содержанием алюминия. Результаты металлографической оценки сведены в табл. 1 и на рис. 2, 3, анализ которых показывает следующее.
Загрязненность стали НВ в НЛЗ оценивали исследованием кованных темплетов по ГОСТ 1778, метод Л1. Следует отметить, что по ивдексам НВ (оксидов до 9.9-10-3, сульфидов до 8.0-10"3 и суммарный до 12.5-10") плавка 2 несколько чище, чем плавки 3 и 1. НЛЗ плавки 3 наиболее загрязнены НВ. Это подтверждается и распределением НВ по размерным группам.
Диаграммы Pirelli катанки этих двух последних плавок характеризуются тем, что наблюдается очень много НВ в запретной зоне С - соответственно 31 и 11% для плавок 2 и 3. При этом размеры НВ небольшие: соответственно не бо-
Таблица 1
Оценка НВ в катанке из стали 80КРД, обработанной белыми шлаками, по ГОСТ 1778 (метод Ш4)
Условный номер бунта Оксиды Силикаты Суль- фиды
то- чеч- ные стро- че- чые недефор- мирую- щиеся хрупкие плас- тич- ные
1 2 3 4 5 6 7
Плавка 2
6.1 0.5 0.0 2.0 (13 мкм) 1.5 0.0 1.0
6.2 0.5 0.0 1.0 1.5 2.0 (4 мкм) 1.0
6.3 0.5 0.0 1.5 (12 мкм) 1.0 0.0 0.5
6.4 0.5 0.0 1.5 (12 мкм) 1.0 0.0 0.5
6.5 0.5 0.0 0.5 1.0 0.0 0.5
6.6 0.5 0.0 1.0 1.0 0.0 1.0
Средний балл плавки 0.5 0.0 1.3 1.2 0.3 0.8
Плавка 3
6.1 0.5 0.0 1.5 (22 мкм) 3.0 1.0 1.0
6.2 0.5 0.0 0.5 1.5 1.0 1.0
6.3 0.5 0.0 0.5 1.0 0.5 1.0
6.4 0.5 0.0 0.5 1.0 0.5 0.5
6.5 0.5 0.0 3.0 ( 62 мкм) 0.5 0.5 0.5
6.6 0.5 0.0 0.5 2.0 (16мкм) 0.5 1.0
Средний балл плавки 0.5 0.0 1.1 1.5 0.7 0.8
Старая схема Новая схема / А \
/ * \ / ' \ / 1 / \ / > > \ № образца Кол-во полей Кол-во вклю- чений Плотность вкл/смг Хим. состав, %
А В С
А-68 шт.-68% 1 11 20 1776 18 2
В - 21 шт - 21 % 2 13 20 1502 19 1
С- 11шт. -11% 3 14 20 1395 1 16 3
£- 100% 4 11 20 1776 17 3
5 12 20 1628 1 17 2
Сумма 61 100 1601 2 87 11
% 2% 87% 11 %
Ь НВ mix = 7 мкм
Рис. 3. Диаграмма ф. Р1геШ для катанки диаметром 5.5 мм из стали марки 80КРД --------------------------------------------------Вестник МГТУ им. Г. И. Но сова. 200 7. № 4.
лее 3 мкм (один выпад - h=5 мкм в зоне В) для плавки 2 и 4 мкм (один выпад - 7 мкм в зоне В) для плавки 3. Максимальное содержание Al2O3 (до ~ 68%) в НВ - это негативный результат, который обусловлен наличием в белых шлаках алюминия. Переход на белые шлаки, полученные в процессе вне печной обработки высокоуг -леродистой стали, могут дать положительный эффект - освобождение от НВ зоны С диаграммы Pirelli. С другой стороны, имеется положительный эффект от опытной обработки стали синтетическими шлаками - прошло модифицирование НВ с их измельчением.
Обработка стали Ca + РЗМ лигатурой
В технической литературе [8, 12, 13] приводятся данные о положительном воздействии редкоземельных элементов (РЗМ) как модификаторов жидкой стали, благотворно влияющих на кристаллическую структуру непрерывного слитка и загрязненность стали НВ. В ряде случаев действие РЗМ признается более эффективным , чем таких элементов, как кальций и бор. Так, например, РЗМ сильнее бора влияют на снижение длины зоны столбчатых кристаллов (ЗСК), но бор [14] больше РЗМ влияет на внутреннее строение девдритов. Утверждается также, что РЗМ является более сильным модифика-
тором НВ, чем кальций. Поэтому в условиях СЗАО ММЗ была опробована в опытном порядке лигатура Са + РЗМ (примерный состав: 10... 12% Са; 15% М^ 40...45% Бц 10... 12% РЗМ: из них до 50 - Се, 25% - Ьа и 25% N<1 -неодима или Рг - прозедиума) в серии плавок
4. 11. При этом ввод опытной лигатуры не -сколько варьировался, а именно:
- плавки 4 и 5 - 100 м Са + РЗМ после ввода в сталь бора;
- плавки 6 - 100 м Са + РЗМ до отдачи БеВ за 5 мин;
- плавки 7 и 8 - 150 м Са + РЗМ после отдачи БеВ проволоки;
- плавки 9... 11 без обработки Са + РЗМ -контрольный металл.
Следует отметить, что опыты проводились на стали марки С82Э, микролегированной ванадием , из которой изготовляется высокопрочная катанка, а затем и проволока для производства арматурных канатов, натяжителей вантовых мостов и т. п У такого металла предъявляются высокие требования к НВ и ликвационной однородности. Именно в этом направлении и предна-значалось использование Са + РЗМ лигатуры.
В табл. 2 и на рис. 4, а-з приведены результаты металловедческого исследования НВ, анализ которых показывает следующее.
Таблица 2
Неметаллические включения в катанке диаметром 11.0 мм из стали 0820, обработанной или необработанной лигатурой с кальцием и редкоземельными металлами (ГОСТ 1778, метод Ш 4, оценка по методике ММЗ)
Номер плавки с (+), без лигату- ры (-) Оценкапоудельным показателям всех типов НВ Е НВ в одном образце min.max/X ср Максимальная толщина Инв, мкм, тип НВ Максимальный балл НВ
Удельныесредние EXcp /п Удельные, максимальные EXmax/п Сумма удельных НВ ЕЕ
4 (+) 0.83 1.75 2.58 /5 10 3 15-СН, 18-СХ, 16-СП 9~9 LO О 4.4
5 (+) 0.95 1.58 2.53 .7 5. .5/ .5 3. 48-СХ,14-СП 4-СХ, 3-СП
6 (+) 0.73 1.00 1.73 3.5.5/4.3 8-СХ, 4-СП 2-СХ, 2-СП
7 (+) 0.87 1.50 2.37 3...8/5.2 22-СН, 20-СХ 2-СН, 4-СХ
8 (+) 0.90 1.67 2.57 2.9.5/5.4 22-СН,25-СХ, 13-СП 2.5-СН, 3-СХ, 3.5-СП
Е (+) 6 8 /0. 5/ СП О 3 .7 0. 0 О / 5 О 4 3 /2. 8/ LO 3 .7 2.10/5.1 СН-22, СХ-48, СП-16 СХ-4.5, СН-2.5, СП-4
9 (-) 0.58 1.00 1.58 2.5.4.5/3.7 11-СН,13-СХ 2-СН, 2-СХ
10 (-) 0.63 1.08 1.71 3.4.5/3.8 15-СН, 9-СХ 2-СН, 2-СХ
11 (-) 0.70 1.00 1.70 3.5. 5/4.3 16-СН,16-СХ 2-СН, 2.5-СХ
2 (-) 0.58...0.70/0.64 1.00.1.08/1.03 6 .6 г-^ 8 .5 2.5.5/3.93 СН-16, СХ-16 СХ-2.5, СН-2.0
Д (+)-(-) + 0.22 + 0.47 + 0.68 + 1.17 СН = +6, СХ =+ 32, СП = + 16 СХ = + 2 СН = +0.5 СП = + 4
Новая схема
А - 64 шт. - 64 % В- 18 шт.-18% С- 18 шт.-18% I- 100%
Старая схема
№ образца Кол-во полей Кол-во вклю- чений Плотность вкл/см2 Хим. состав, %
А В С
1 33 20 592 14 6
2 34 20 574 18 2
3 32 20 610 19 1
4 12 20 651 1 11 8
5 30 20 692 19 1
Сумма 141 100 1601 1 81 18
% 1 % 81 % 18%
Ь НЕ 1ПК = 9 МКМ
Плавка 4 а
Новая схема
А - 28 шт. - 28 %
В - 9 шт. - 9 % С- 63 шт.-63% 2- 100%
Старая схема
об- разца Кол-во полей Кол-во вклю- чений Плотность вкл/см2 Хим. состав, %
А в С
1 8 20 1 2441 7 13
2 12 20 1628 1 19
3 16 20 1221 2 14 4
4 10 20 1953 3 17
5 12 20 1628 1 19
Сумма 58 100 1683 3 44 53
% 3% 44% 63%
И нв лих 6 МКМ
Плавка 6 б
Новая схема
А-67 шт.-67%
В - 15 шт. - 15 % С- 18 шт.-18% I- 100%
Старая схема
№ образца Кол-во полей Кол-во вклю- чений Плотность вкл/см2 Хим. состав, %
А В С
1 27 20 723 19 1
2 18 20 1085 2 12 6
3 35 20 558 17 3
4 38 20 514 18 2
5 33 20 592 14 6
Сумма 151 100 646 2 80 18
% 2% 80% 18%
^ НВ тая = 9 мкм
Плавка 5 в
Рис. 4. Диаграмма ф. Р1геШ для катанки диаметром 11.0 мм из стали марки 0820
(см. также с. 66 и 67)
Старая схема
Новая схема
А - 79 шт. - 79 % В- 9шт,- 9% С- 12 шт.-12% £- 100%
Новая схема
А-84 шт.-84%
В - 8 шт. - 8 % С - 8 шт. - 8 % 2- 100%
Новая схема
А - 49 шт. - 49 % В- 19шт.-19% С- 32 шт.-32% £ - 100 %
№ образца Кол-во полей Кол-во вклю- чений Плотность вкл/см2 Хим. состав, %
А В С
1 19 20 1028 19 I
2 34 20 574 18 2
3 33 20 592 1 18 1
4 24 20 814 19 1
5 24 20 814 13 7
Сумма 134 100 728 1 87 12
% 1 % 87% !2 %
1>іЮгшіх=9 мкм
Плавка 7 г
Старая схема.
№ образца Кол-во полей Кол-во вклю- чений Плотность вкл/см3 Хим. состав, %
А в С
1 26 20 751 1 16 3
2 20 20 977 1 18 1
3 33 20 592 19 I
4 26 20 751 1 18 1
5 29 20 673 18 2
Сумма 134 100 728 3 89 8
% 3% 89% 8%
ь НВ шах = 9 мкм
Плавка 8 Д
Старая схема
№ образца Кол-во полей Кол-во вклю- чений Плотность вкл/см2 Хим. состав, %
А В С
1 29 20 673 11 9
г 13 20 [_ 1502 15 5
3 14 20 1395 12 8
4 25 20 781 12 8
5 20 20 977 18 2
Сумма 101 100 966 68 32
% 0% 68% 32%
1* НВ шал = 4 мкм
Плавка 9 е
Рис. 4. Продолжение
Новая схема
А - 75 шт.-75 %
В - 9 шт. - 9 % С- 16 шт.- 16% Е- 100%
Старая схема
№ образца Кол-во полей Кол-во вклю- чений Плотность вкл/см2 Хим. состав, %
А В С
1 35 20 558 18 2
2 16 20 1221 14 6
3 33 20 592 17 3
4 38 20 514 17 3
5 35 20 558 18 2
Сумма 157 100 622 84 16
% 0% 84% 16%
Ь НВ шах 7 МКМ
А12 О 3
• ОбрищІ жОЄрмяц2 ♦ ОСрМвцЗ + СЯр«»ц4 х ОС рам., 5
Плавка 10
ж
Новая схема
А - 94 шт. - 94 %
В - 3 шт. - 3 % С - 3 шт. - 3 % £~ 100%
Старая схема
№ образца Кол-во полей Кол-во вклю- чений Плотность вкл/см2 Хим. состав, %
А В С
1 24 20 814 20
2 31 20 630 18 2
3 34 20 574 20
4 23 20 849 1 19
5 30 20 651 19 1
Сумма 142 100 687 1 96 3
% 1 % 84% 3%
її нв пи* = 9 мкм
Плавка 11
з
Рис. 4. Окончание
—■ диам 0.15 м м
—■ диам 0.20 м м
—А—диам 0.25 м м
диам 0.30 м м
—*—диам 0.35 м м
Ьнв/нд - МКМ
0 0.15 - кф.н. < 10 % - И < 47 мкм; кф.н. < 5 % - И < 33 мкм; кф.н. < 3 % - И < 26 мкм;
0 0.20 - кф.н. < 5 % - И < 45 мкм; кф.н. < 3 % - И < 35 мкм; 0 0.25 - кф.н. < 3 % - И < 43 мкм;
00 0.30 и 0.35 мм - все значения кф.н. < 3 % для всех Инв/нд
Рис. 5. Зависимость коэффициента физической неоднородности (кф.н.) от размера единичного недеформируемого НВ (Мнв/нд) и диаметра готовой проволоки (<1 мм)
Лучшие результаты по чистоте катанки от НВ наблюдаются (см. табл. 2) на плавках 9, 10, 11, 6, в которых сумма удельных НВ соответственно равняется 1.58; 1.70; 1.71 и 1.73, что близко к требованиям к катанке под металлокорд. У остальных плавок этот показатель загрязненности стали НВ почти в 2 раза больше (2.37.2.58). Толщина НВ составляет в лучших плавках СХ -13 мкм (9); СН - 16 и СХ - 16 мкм (11); СН -15 мкм (10) и СХ - 8 мкм (6); в других плавках -СХ - 20 мкм (7); СХ - 48 мкм (5); СХ - 25 и
СН - 22 мкм (8); СН - 15 и СХ - 18 мкм (4). Вышеуказанные результаты подтверждаются и диаграммами Pirelli, но со своими оригинальными вариациями Так, например:
- по толщине НВ: лучшие плавки - 9 (Ьнв ^
4 мкм), 10 (Ьнв ^ 7 мкм) и 6 (< 6 мкм), ос -тальные плавки - < 9 мкм;
- по плотности НВ: 10(622 см-2); 5 (647 см-2); 11 (688 см-2); 4 (693 см-2); 7 и 8 (729 см-2) и в плавке 6 (1684 см-2);
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
Инв/нд, мкм
кф.н. < 10%;—^ кф.н. < 5%;—о— кф.н. < 3%
в
Инв/нд, мкм
, кф.н. < 10%;—^ кф.н. < 5%;—о- кф.н. < 3%
350 ( 300 250 200 = ) 150 100 G б
1
\
\
i \
50 0 1
1 b=i
5 10 15 20 2 hHE 53 1/НД, м 03 IKM 5 4 0 4 55 ( 0
, кф.н. < 10%;_^ кф.н. < 5%;—о- кф.н. < 3%
hu
кф.н. < 10%;—^ кф.н. < 5%;—в- кф.н. < 3%
Рис. 6. Зависимость предельно допустимого значения количества НВ - [НВ] от размера НВ/НД, диаметра готовой проволоки и кф.н.: а - 0 0.15 мм; б - 0 0.20 мм; в - 0 0.25 мм; г - 0 0.30 мм; д - 0 0.35 мм
- по загрязненности НВ в зоне С: 11 (3%);
8 (8%); 7 (23%); 10 (16%); 4 и 5 (18%);
9 (32%) и 6 (53%);
- по эффективности расположения НВ: по зонам диаграммы - плавки 10 и 11 (лучшая плавка).
Таким образом, модифицирование стали лигатурой , содержащей Ca и РЗМ, при первичном опробовании не дало положительного эффекта. Тем не менее, наиболее оптимальными выглядят плавки 9 и 6 (оценка - по ГОСТ 1778, метод Ш4) и плавки 9 и 8 (оценка - по методике фирмы Pirelli). Однако плавки 9 и 6 не соответствуют требованиям к высококачественной катанке по химическому составу НВ (зона С - Al2O3 > 50%), плавка 8 имеет очень крупные единичные НВ. В целом, металл без лигатуры значительно чище по НВ.
Тем не менее, можно рекомендовать повторить опыты по модифицированию стали Ca + РЗМ лигатурой с целью поиска наилучшего результата.
Оценка предельно допустимой загрязненности стали НВ с применением коэффициента физической неоднородности
В работах [8, 9, 15] доказывается, что применение для оценкиНВ в стали коэффициента физической неоднородности кфн (кфн=8нв/Б, где She -суммарная площадь, занимаемая недеформируе-мыми НВ, S - площадь поперечного сечения гото-вой проволоки) и эффективно, и универсально. Поэтому представляется целесообразным представить зависимость кфн от предельных размеров единичных НВ и решить обратную задачу, а именно определить количество предельно допустимых НВ в функции от размера НВ и кфн. Эти зависимости представлены на рис. 5, 6 и в табл. 3, 4. Используя эти данные, можно установить приемлемость катанки для конкретного назначения по уровню за -грязненности стали НВ.
Анализ представленных данных показывает следующее. Расчетным способом установлены
Таблица 3
Значения кфн (%) от толщины НВ - hнв и диаметра готовой проволоки (d)
Диаметр проволоки, мм Инв, мкм
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
0.15 0.1 0.4 1.0 1.8 2.8 4.0 5.4 7.1 9.0 11.1
0.20 0.06 0.22 0.56 1.01 1.57 2.25 3.03 3.99 5.06 6.24
0.25 0.04 0.14 0.35 0.64 0.99 1.42 1.92 2.53 3.20 3.95
0.30 0.03 0.10 0.25 0.45 0.70 1.00 1.35 1.78 2.25 2.78
0.35 0.02 0.07 0.18 0.33 0.51 0.73 0.99 1.31 1.65 2.04
значения кфн в зависимости от размера единичного неде формируем ого НВ (Ьнв/вд), диаметра (0.35.0.15 мм) готовой проволоки кордового назначения. В работе [ 15] регламентировано допустимое значение кфн в катанке, например для металлокорда, равное не более 5%. С учетом этого критерия (см. рис. 5, табл. 3) можно установить, что 5-процентный барьер проходят единичные НВ толщиной не более 35 мкм для диаметра проволоки 0.15 мм, 45 мкм - 0.20 мм ит.п Однако, как правило, в реальном металле имеется множество мелких и более крупных НВ. В табл. 4 и на рис. 6 представлено допустимое количество НВ в катанке определенного диаметра в зависимости от кфн и диаметра готовой проволоки. Так, для диаметра готовой проволоки 0.15 мм для обеспечения кфн не более 5% допустимо наличие до 50 НВ протяженностью (условного максимального размера НВ)
5 мкм, примерно 13 НВ диаметром 10 мкм, 5 НВ диаметром 15 мкм. 1 НВ протяженностью 30 мкм. НВ размером более 35 мкм не допустимы. Для точного расчета предельных критериальных значений необходимо определить площадь всех неде формируемых НВ в поперечном сечении катанки и рассчитать реальное значение кфн. Идеальная оценка загрязненности стали НВ, по-видимому, состоит в сочетании вышеописанного метода с использованием кфн и новой методики фирмы Pirelli, ограничивающей НВ по содержанию Al2O3.
Таблица 4
Зависимость допускаемого количества [НВ] от толщины НВ и диаметра готовой проволоки
Диаметр проволоки, мм кфн, < Инв, МКМ
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
0.15 10 100 25 10 6 4 3 2 1 1 -
5 50 13 5 3 2 1 - - - -
3 30 8 3 2 1
0.20 10 167 46 18 10 6 4 3 3 2 2
5 83 23 9 5 3 2 2 1 1 -
3 50 14 5 3 2 1 1 - - -
0.25 10 250 71 29 16 10 7 5 4 3 3
5 125 36 14 8 5 4 3 2 2 1
3 75 21 9 5 3 2 2 1 1 -
0.30 10 333 100 40 22 14 10 9 8 4 3
5 167 50 20 11 7 5 4 3 2 2
3 100 30 12 7 4 3 2 2 1 1
0.35 10 500 143 56 30 17 14 10 8 6 5
5 250 71 28 15 10 7 5 4 3 3
3 150 43 17 9 6 4 3 2 2 1
Выводы
С целью снижения загрязненности высокоуглеродистой стали НВ проведено опытное опробование применения полностью магнезиальных СК, обработки стали синтетическими шлаками при сливе металла из ДСП в СК, а также лигатурой с содержанием кальция и редкоземельных металлов. Кроме того, проанализированы методы оценки НВ и выбора критериев их нормирования.
Использование полностью магнезиальных СК
дало положительный эффект - количество НВ с AI2O3 более 50% минимально и отвечает требованиям фирмы Pirelli для катанки под металлокорд.
Обработка синтетическими шлаками обеспечивает модифицирование НВ, однако необходимо применять «белые» шлаки без алюминия.
Лигатура на базе кальция и редкоземельных металлов не дала положительных результатов.
Наиболее оптимальным для оценивания НВ является сочетание кфн и методики фирмы Pirelli.
Библиографический список
1. Сравнительный анализ нормируемых показателей качества катанки, проволоки и проволочных изделий из углеродистой стали / А.Б. Сычков, О.В. Парусов, А.М. Нестеренко, М.А. Жигарев // Металлургическая и горнорудная промышленность. 2002. № 1. С. 52-55.
2. Разработка сквозной технологии производства катанки из качественной углеродистой стали в условиях ММЗ / В.В. Парусов, А.М. Нестеренко, А.Б. Сычков, Р.В. Старов, И.В. Деревянченко // Металлургическая и горнорудная промышленность. 2002. № 2. С. 52-54.
3. О целесообразности ограничения содержания примесей цветных металлов в углеродистой катанке / H.A. Богданов, А.В. Кутаков, А.Б. Сычков, М .А. Жигарев, В.В. Парусов, А.М. Нестеренко // Сталь. 2000. № 1. С. 67-69.
4. Парусов В.В., Вилипп А.И., Сычков А.Б. Влияние примесных элементов на качество углеродистой стали // Сталь. 2002. № 12. С. 53-55.
5. Глубина обезуглероженного слоя на углеродистой катанке различных заводов-изготовителей / В.В. Парусов, В.А. Луценко, А.Б. Сычков, В.А. Тищенко, А.И. Сивак// Металлургическаяигорнорудная промышленность. 2003. № 5. С. 61-64.
6. Изменения химического состава неметаллических включений на всех этапах производства стали / Р.В. Старов, И.В. Деревянченко, В.В. Парусов, А.Б. Сычков, С.Ю. Жукова, Д.Н. Тогобицкая // Сталь. 2005. № 1. С. 79-82.
7. Технологичность высокоуглеродистой катанки на метизном переделе / Э.В. Парусов, В.В. Парусов, В.А. Луценко, А.Б. Сычков, В.В. Артемов, Л.И. Демьянова // Стальные канаты: Сб. науч. тр. Одесса: Астропринт, 2005. С. 110-115.
8. Скок Ю.Я. Повы шение качества стали путем модифицирования // Сталь. 1992. № 8. С. 13-17.
9. Губенко С.И., Парусов В.В., Деревянченко И.В. Неметаллические включения в стали. Днепропетровск: АРТ-ПРЕСС, 2005. 536 с.
10. Сычков А.Б. Разработка комплексной технологии производства эффективных видов катанки из непрерывно-литой заготовки малого сечения с повышенным содержанием примесей цветных металлов и азота: Дис. ... д-ра техн. наук:
05.16.01 и 05.16.02. Минск, 2005. 380 с.
11. Обеспечение показателей качества катанки для металлокорда / В.В. Парусов, И.В. Деревянченко, А.Б. Сычков, А.М. Нестеренко, Э.В. Парусов, М.А. Жигарев // Металлург. 2005. № 11. С. 45-51.
12. МалиночкаЯ.Н., КовальчукГ.З. Сульфиды всталях ичугунах. М.: Металлургия, 1988. 248 с.
13. Малиночка Я.H., Титова Т.М., Курасова А.Н. Состав и структура глобулярных сульфидов в сталях с РЗМ // Сталь. 1986. № 4. С. 78-83.
14. Лякишев Н.П., ПлинерЮ.Л., Лаппо С.И. Борсодержащиестали и сплавы. М.: Металлургия, 1986. 192 с.
15. Белалов Х.Н. Формирование свойств канатной проволоки // Стальные канаты: Сб. науч. тр. Одесса: Астропринт, 2001. С. 105-116.
УДК 669.018.9
Чуманов В.И., Пятыгин Д.А., Чуманов И.В.
УПРОЧНЕНИЕ СТАЛИ ТУГОПЛАВКОЙ ДИСПЕРСНОЙ ФАЗОЙ*
Современные металлические материалы работают в сложных условиях, характеризуемых широким интервалом температурных, в условиях высокого абразивного износа, скоростных и механи-
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных иссждований№ 07-08-00207-а.
ческих воздействий. Анализ причин абразивного износа деталей, работающих в условиях сухого трения, показал, что в зоне контакта создаются высокие температуры, приводящие к отпуску закаленной стали и резкому снижению твердости и износостойкости. Одним из путей увеличения ме-
