CC BY
56
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2016, № 4 (64)
МАТЕР1АЛОЗНАВСТВО
УДК 669.017:621.771.25
Э. В. ПАРУСОВ1, А. Б. СЫЧКОВ2, С. И. ГУБЕНКО3, И. Н. ЧУЙКО4, Л. В. САГУРА5*
'Отдел термической обработки металла для машиностроения, Институт черной металлургии им. З. И. Некрасова, Национальная академия наук Украины, пл. Академика Стародубова, 1, Днипро, Украина, 49050, тел. +38 (0562) 33 71 63, эл. почта [email protected], ОКСГО 0000-0002-4560-2043
2Каф. «Литейное производство и материаловедение», Магнитогорский государственный технический университет им. Г. И. Носова, пр. Ленина, 38, Магнитогорск, Российская Федерация, 455000, тел. +7 (919) 348 66 84, эл. почта [email protected], ОКСГО 0000-0002-0886-1601
3Каф. «Материаловедение», Национальная металлургическая академия Украины, пр. Гагарина, 4, Днипро, Украина, 49600, тел. +38 (056) 374 83 57, эл. почта [email protected], ОКСГО 0000-0001-5427-1154 4Отдел термической обработки металла для машиностроения, Институт черной металлургии им. З. И. Некрасова, Национальная академия наук Украины, пл. Академика Стародубова, 1, Днипро, Украина, 49050, тел. +38 (0562) 33 71 63, эл. почта [email protected], ОКСГО 0000-0002-4753-614Х
5*Отдел термической обработки металла для машиностроения, Институт черной металлургии им. З. И. Некрасова, Национальная академия наук Украины, пл. Академика Стародубова, 1, Днипро, Украина, 49050, тел. +38 (0562) 33 71 63, эл. почта [email protected], ОКСГО 0000-0002-2614-0322
ПРЕИМУЩЕСТВА ЭКСПРЕСС-МЕТОДА ОПРЕДЕЛЕНИЯ МАССЫ ОКАЛИНЫ И ОБЕЗУГЛЕРОЖЕННОГО СЛОЯ БУНТОВОГО ПРОКАТА
Цель. В работе необходимо установить универсальные эмпирические зависимости, которые позволят произвести оперативный расчет массы окалины и глубины обезуглероженного слоя, основываясь на параметрах технологического процесса производства бунтового проката. Методика. Исследования выполнены на промышленных партиях проката из сталей марок 8ЛБ 1006 и 8ЛБ 1065. Удаляемость окалины определяли в соответствии с методикой компании «Bekaert» по спецификациям: вЛ-03-16, вЛ-03-18, в8-03-02, в8-06-01. Глубину обезуглероженного слоя идентифицировали по ГОСТ 1763-68 (метод М). Результаты. Анализ экспериментальных данных позволил определить рациональные температуры виткообразования проката исследуемых марок стали, которые обеспечивают наилучшее удаление поверхностной окалины, минимальное ее количество, а также соответствие цвета поверхности металла требованиям европейских потребителей. Научная новизна. Авторами установлена корреляционная связь нормируемых качественных показателей бунтового проката из высокоуглеродистой стали (масса окалины, глубина обезуглероженного слоя и межпластиночное расстояние в перлите) с одним из главных параметров (температурой виткообразования) режима деформационно-термической обработки. Полученные уравнения регрессии позволяют, без применения металлографического анализа, с минимальной погрешностью определить количественные значения массы окалины, глубины обезуглероженного слоя и среднего межпластиночного расстояния в перлите бунтового проката из высокоуглеродистой стали. Практическая значимость. В соответствии со спецификациями компании «Bekaert» (вЛ-03-16, вЛ-03-18, в8-03-02 и в8-06-01) разработана и внедрена в условиях ПАО »АрселорМиттал Кривой Рог» методика проведения испытаний по удалению окалины механическим способом с поверхности бунтового проката из низко- и высокоуглеродистых марок сталей. Разработан экспресс-метод определения общей и остаточной масс окалины на поверхности бунтового проката из низко-
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2016, № 4 (64)
и высокоуглеродистой марок сталей в зависимости от температуры виткообразования. Получен патент Украины на изобретение № 91760 «Споаб визначення загально! та залишково! кшькосп окалини на поверхш катанки».
Ключевые слова: бунтовой прокат; окалина; обезуглероженный слой; деформационно-термическая обработка
Введение
При аттестации горячекатаного бунтового проката из высокоуглеродистых марок сталей одними из важных показателей его качества, которые подвергаются нормированию и контролю, являются масса окалины и глубина обезуг-лероженного слоя на поверхности проката.
Стальная заготовка, из которой производят бунтовой прокат, при нагреве в печи перед горячей деформацией контактирует с продуктами горения природного газа, в результате на ее поверхности развиваются процессы обезуглероживания и окалинообразования. В случае, если заготовка имеет значительные поверхностные дефекты (трещины), которые не удаляются при естественном угаре металла в печи, то в бунтовом прокате они могут проявляться в виде локальных зон окисления и обезуглероживания, проникающих от поверхности вглубь металла. Такие дефекты снижают комплекс механических свойств готового металлопроката. Рационально выбранные температурно-скоростной регламент нагрева заготовки и атмосфера печи, позволяют добиться минимальной потери металла (не более 0,9 %), а имеющиеся неглубокие поверхностные дефекты на заготовке удаляются в процессе естественного угара металла в печи.
После горячей пластической деформации заготовки, при выходе проката из последней клети чистового проволочного блока осуществляют его водяное охлаждение, а затем раскладку на витки транспортера линии Стелмор, где происходит повторное окалинообразование на поверхности металла, называемое вторичной окалиной. Масса окалины и глубина обезугле-роженного слоя являются аттестационными показателями бунтового проката, ввиду чего они всегда регламентируются нормативной документацией и сертификатами качества на металлопродукцию [11, 8, 6]. Логично предположить, что первичная окалина, образующаяся на поверхности заготовки в нагревательной печи, оказывает влияние только на степень угара ме-
талла, защищая его от обезуглероживания. Однако, на практике прослеживается тесная взаимосвязь температуры виткообразования и глубины обезуглероженного слоя, которая может изменяться в достаточно широком диапазоне (3,0-1,0 % от диаметра бунтового проката).
Фазовый состав окалины, образующейся в процессе охлаждения проката, оказывает влияние на степень ее удаления с поверхности металла вне зависимости от выбранного способа (химический или механический) и является важным технологическим параметром при подготовке поверхности металла к последующему волочению. Окалина должна легко удаляться, а поверхность металла иметь при этом голубовато-серый оттенок [17]. Медленное охлаждение проката в интервале температур 570-450 °С приводит к выделению магнетита и а-железа из вюстита, наибольшая скорость распада последнего происходит при температуре ~ 480 °С. При достаточно больших скоростях охлаждения распад вюстита удается практически подавить [15, 13], тем самым обеспечивая хорошую уда-ляемость окалины.
Согласно [15, 13, 14, 23, 5] окалина, которая состоит из вюстита и имеет толщину слоя более 10 мкм по сравнению с другими ее модификациями, наиболее легко удаляется с поверхности бунтового проката как механическим, так и химическим способами.
Масса окалины на поверхности проката возрастает с повышением температур горячей деформации и виткообразования, а также при снижении скорости воздушного охлаждения [13, 22, 4]. Однако исследования, выполненные в работах [5, 4], позволяют утверждать, что на массу образующейся окалины, а также глубину обезуглероженного слоя наиболее значимое влияние оказывает один из главных параметров режима деформационно-термической обработки - температура виткообразования проката.
В работе [4] показано, что при охлаждении проката в потоке непрерывного проволочного стана на линии Стелмор масса окалины на поверхности металла уменьшается при снижении
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2016, № 4 (64)
температуры окончания водяного охлаждения и повышении скорости воздушного охлаждения. Химический состав стали оказывает различное влияние на степень удаления окалины. К примеру, медь и сера улучшают удаление окалины при механическом способе, кремний и никель оказывают абсолютно противоположное воздействие, а легирование стали хромом и вовсе не существенно [13]. Ввиду того, что при скоростях воздушного охлаждения проката более 10 °С/с масса окалины изменяется незначительно, а химический состав высокоуглеродистой стали на металлургических предприятиях отличается несущественно, то влияние этих факторов в настоящей работе не рассматривалось.
Необходимо отметить, что достижение требуемого результата в условиях промышленных предприятий всегда основывается на стратегии управления инновационной деятельностью, что позволяет снизить расход энергетических ресурсов и повысить экологическую безопасность производственного процесса [12]. Сегодня, в странах ЕС, при подготовке поверхности проката к волочению преимущество отдается исключительно механическому способу удаления окалины, вследствие дешевизны и экологической чистоты такого процесса. При этом на металлургических предприятиях используют различные методы определения массы окалины на поверхности бунтового проката [7, 19, 21]. В мировой практике существуют нормативные документы, которые содержат методики, регламентирующие определение общей и остаточной масс окалины на поверхности металла, а также ее способности к удалению.
Лидирующие позиции по переработке бунтового проката широкого марочного сортамента занимает Бельгийская компания «Bekaert», которая контролирует до 20 % мирового рынка метизной продукции. Требования, предъявляемые к окалине на поверхности проката из высокоуглеродистой стали, подробно изложены в спецификации компании «Bekaert» 08-03-16. Масса окалины определяется при помощи взвешивания с точностью до 0,001 г по следующей методике: производят отбор образцов от горячекатаного проката и взвешивают их (СД затем оба конца образца (длиной 50,0 мм) подвергают химическому травлению до полно-
го удаления окалины и осуществляют повторное взвешивание (G2). Травленые концы металла зажимаются в захваты разрывной машины и при помощи экстензометра осуществляют 6-7 % растяжение образца, а затем выполняют взвешивание образца (G3). После растяжения образец подвергают химическому травлению до полного удаления окалины и выполняют окончательное взвешивание (G^). Используя полученные значения результатов взвешиваний, расчетным методом определяют общую (А, кг/т) и остаточную (С, кг/т) массы окалины, а также способность к удалению окалины механическим способом с поверхности проката
(В, %).
В целом, представленная методика направлена на определение остаточной массы окалины на поверхности бунтового проката и пригодна для использования механического способа ее удаления. При этом существует вероятность возникновения определенной погрешности, которая обусловлена травлением концов испытуемого образца. При наличии легко удаляемой окалины на поверхности металла, когда содержание вюстита на границе раздела металл-окалина составляет до 80 %, химическое травление образцов может привести к растворению металлоосновы, несмотря на наличие в травильном растворе ингибитора [16]. Однако такое утверждение не подтвердилось на практике ввиду невозможности обеспечения требуемой чистоты эксперимента.
Методика П. Функе мл. и М. Хайнритца [20] близка к методике компании «Bekaert» и основана на растяжении образца до 5 %.
Отличительная особенность методики заключается в том, что не проводят повторное химическое травление концов испытываемых образцов, благодаря чему исключается погрешность определения остаточной массы окалины.
Методика компании «Kobe Steel» [17], которая была предложена Робертсом и М. И. Мэн-нингом, основана на эмпирической зависимости и базируется на механике разрушения. При этом методика хорошо согласуется с существующей концепцией: лучшие характеристики удаления окалины обеспечиваются при повышении толщины слоя окалины и более гладкой поверхности проката.
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2016, № 4 (64)
Методика ОАО «Молдавский металлургический завод» в целом аналогична методике компании «Bekaert» GA-03-16. Отличительной особенностью является определение количества остаточной окалины, которое исключает ее зависимость от общей массы окалины.
Отделом термической обработки металла для машиностроения Института черной металлургии им. З. И. Некрасова разработана и опробована на стане 150-1 ПАО «АрселорМиттал Кривой Рог» методика определения массы окалины на поверхности бунтового проката, охлажденного на линии Стелмор [17]. Количество окалины определяется расчетным методом, а в качестве исходных данных используются: масса окалины на поверхности горячекатаного металла (передний конец бунта), длина горячекатаной части бунта, масса одного погонного метра проката, масса окалины на поверхности проката, подвергнутого охлаждению, длина охлажденной части бунта и общая масса бунта.
Метод определения общей массы окалины на поверхности проката из высокоуглеродистых марок сталей, который применяется сегодня на металлургических предприятиях Украины, изложен в национальном стандарте ДСТУ 3683-98 (приложение Б) [9]. Согласно п. 6.1.5 ДСТУ 3683-98 образцы для всех видов испытаний, в том числе и определения массы окалины, для проката, охлажденного двухстадийным способом, отбираются от заднего конца раската, при этом не учитывается до 25 горячекатаных витков в головной части бунта.
Следует отметить, что определение способности окалины к удалению с поверхности проката на метизных предприятиях основано на 5-7 % растяжении исследуемых образцов, которое металл претерпевает при изгибе в устройстве окалиноломателя. В целом, рассмотренные методы разнообразны, а последовательность проведения требуемых операций и обработки данных различны и в ряде случаев специфичны. Методика «Kobe Steel» при оценке степени удаления окалины учитывает влияние шероховатости контактирующих поверхностей, модуль Юнга окалины и др. показатели. Методика П. Функе мл. и М. Хайнритца основана на определении фактической массы как общей, так и остаточной окалины через эмпирически полученное уравнение. Метод компа-
нии «Bekaert» (GA-03-16) основан на фактических расчетных значениях, а остаточное количество окалины после 6-7 % растяжения зависит от общей ее массы. Анализируя требования, предъявляемые к свойствам окалины по спецификации компании «Bekaert» следует отметить, что в комплексе они невыполнимы, так как часть из них противоречит друг другу. Так требование к общей массе окалины не более 7 кг/т и ее толщине 10-14 мкм является необоснованным ввиду того, что при указанной толщине слоя ее масса может составлять 8-12 кг/т [5].
На металлургических предприятиях постсоветского пространства обезуглероженный слой на поверхности бунтового проката определяют по ГОСТ 1763-68 (метод М). Согласно методике компании «Pirelli» (спецификация № 18.V.005) определяют среднюю глубину обезуглероженного слоя по 8 условно разделенным секторам поперечного сечения проката и максимальную по отдельному сектору. Главная трудность заключается в измерении длин участков обезуглероживания для каждого из секторов, что оказывает влияние на точность определения.
На заводе РУП «БМЗ» (г. Жлобин) разработан метод металлографического определения обезуглероженного слоя по периметру проката диаметром 5,5 мм из высокоуглеродистых сталей, в соответствии с которым обезуглероживание определяется на исследуемых образцах через каждые 0,24 мм, что соответствует выполнению замеров в 72 точках. Расчет глубины обезуглероженного слоя поверхности проката рассчитывается в «штрафных» баллах.
При увеличении диаметра исследуемого образца количество замеров пропорционально увеличивается, что является достаточным условием для объективной оценки глубины обезуг-лероженного слоя. Предложенная методика является универсальной, но при этом весьма трудоемкой.
В работе [18] показана возможность определения общей массы окалины, глубины обезугле-роженного слоя и среднего межпластиночного расстояния в перлите при известном одном из указанных показателей. Однако для определения этого показателя требуется проведение металлографического анализа или наличие дополнительного лабораторного оборудования [4, 5].
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нащонального ушверситету залiзничного транспорту, 2016, № 4 (64)
Основные недостатки рассмотренных методов связаны с применением специального исследовательского оборудования (оптический микроскоп, разрывная машина, высокоточные аналитические весы и т.д.), продолжительностью во времени, трудоемкостью выполняемых операций и соответствующей квалификацией рабочего персонала. Перечисленные недостатки снижают оперативность определения общей массы окалины и глубины обезуглероженного слоя на поверхности проката при изменяющихся технологических параметрах режима деформационно-термической обработки металла.
Цель
Установить универсальные эмпирические зависимости, которые позволят произвести оперативный расчет массы окалины, глубины обезуглероженного слоя и других качественных показателей бунтового проката, основываясь на параметрах технологического процесса его производства.
Материал и методика исследований. Исследования выполнены на промышленных партиях бунтового проката из сталей марок 8АЕ 1006 и 8АЕ 1065, химический состав которых соответствовал стандарту А8ТМ А 510М (табл. 1). Удаляемость окалины определяли в соответствии с методиками компании «Bekaert» по спецификациям: 0А-03-16 «Количественное определение общей и остаточной масс окалины и способности к ее удалению с поверхности проката из низкоуглеродистых и высокоуглеродистых сталей», 0А-03-18 «Испытание на удаление окалины механическим способом с поверхности проката из низкоугле-
родистой стали», GS-03-02 «Прокат из низкоуглеродистой стали для механического удаления окалины», GS-06-01 «Прокат из высокоуглеродистой стали качества Стелмор». Глубину обезуглероженного слоя идентифицировали в соответствии с ГОСТ 1763-68 (метод М). Используемые приборы и оборудование: разрывная машина «Р-50», раствор соляной кислоты с ингибитором ТДА, подготовленный в соответствии с требованиями ДСТУ 3683-98, высокоточные весы «JD 100» с точностью взвешивания 0,001 г, рентгеновский дифрактометр ДР0Н-2.0, световые оптические микроскопы «Neophot-21», «Axiovert 200М МАТ», электронный растровый микроскоп «VEGA TS5130MM».
Результаты
Разработка нового метода заключалась в создании способа определения массы окалины и глубины обезуглероженного слоя на поверхности проката, который бы не требовал применения вышеуказанных операций и характеризовался достаточной универсальностью и оперативностью при изменении одного из главных параметров режима деформационно-термической обработки металла (температуры виткообразования).
Новый способ определения массы окалины и глубины обезуглероженного слоя на поверхности металла предусматривает возможность оперативной корректировки режима охлаждения проката, изготавливаемого на проволочном стане при изменяющихся технологических параметрах его производства.
Химический состав бунтового проката по ASTM 510/510M
Chemical composition of rolled coil steel by ASTM 510/510M
Таблица 1
Table 1
Марка Диаметр Химический состав стали, % (масс.)
стали проката, мм С Mn Si P S Cr Ni Cu
SAE 1006 5,5 0,07 0,36 0,06 0,007 0,023 0,028 0,017 0,028
SAE 1065 5,5 0,65 0,71 0,25 0,024 0,029 0,050 0,020 0,050
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нащонального ушверситету залiзничного транспорту, 2016, № 4 (64)
Решение поставленной задачи обеспечивалось тем, что разработанный способ основывается на фактическом измерении массы окалины и глубины обезуглероженного слоя, которые определяются в реальных производственных условиях с использованием стандартного промышленного оборудования. При проведении исследований раскладку металла витками на транспортер при помощи виткоукладчика производили в интервале температур (800-940) ± 20 °С, с шагом в 50 °С. Для каждой из температур виткообразования измеряли глубину обез-углероженного слоя (по ГОСТ 1763-68) и рассчитывали массу окалины на поверхности бунтового проката, изготовленного из сталей 8ЛЕ 1006 и 8ЛЕ 1065 (см. табл. 1). Для расчета массы окалины на поверхности проката (из низко-и высокоуглеродистых сталей) в условиях ПАО «АрселорМиттал Кривой Рог» разработана методика на базе спецификаций 0Л-03-16, 0Л-03-18, 08-03-02 и 08-06-01 компании «Векаей», в соответствии с которой отбирают образцы длиной 300,0 мм от горячекатаного металла, не подвергают правке и выполняют взвешивание (С;). Затем на обоих концах образцов наносят идентификационные надрезы, травят в растворе кислоты (глубина погружения 50,0 мм, время травления 15 минут), после чего концы образцов промывают и сушат, затем выполняют взвешивание (О2). Последующее растяжение образцов с остаточным удлинением 6 % (прокат из стали 8ЛЕ 1065) и 7 % (прокат из стали 8ЛЕ 1006) выполняют таким образом, чтобы рабочая длина образцов между захватами разрывной машины составляла 200,0 мм. Удаление остатков окалины с поверхности металла осуществляют при помощи четырехкратного обдува сжатым воздухом, при этом каждый раз образец поворачивается на 90°, затем производят взвешивание (О3) и оценивают состояние поверхности в соответствии с эталонными фотографиями (рис. 1). Оставшаяся окалина на образце травится в растворе кислоты в течение 3 минут, после чего выполняют окончательное взвешивание (О4).
Расчет общей (А, кг/т) и остаточной (С, кг/т) масс окалины, а также ее способности к удалению механическим способом (В, %) выполняется по формулам (1-3):
A = (Gj -G4Gj-1000
С = ( - G4 ) G1
1 (G2 - G3)
(G2 - G4)
1000,
В = (О2 - О3 )-н(О2 - О4 )100.
Согласно работы [1], точность опыта определяется величиной отклонения измеренного значения от действительного, с ошибкой (погрешностью) эксперимента. Расчеты показали, что в зависимости от точности взвешивания образцов погрешность эксперимента будет различной: при точности весов 0,001 г - 17 %, при 0,005 г - 85 %. В связи с этим при проведении исследований образцы взвешивали на высокоточных аналитических весах с точностью до 0,001 г.
Шаблон для выполнения маркировки и нарезки образцов приведен на рис. 2.
Зависимости определения общей и остаточной масс окалины на поверхности бунтового проката из сталей марок 8ЛЕ 1006 и 8ЛЕ 1065 получены путем статистической обработки экспериментальных данных производственного процесса на проволочном стане (ПС-150-1) ПАО «АрселорМиттал Кривой Рог». Проволочный стан оборудован линией водо-воздушного охлаждения Стелмор с соответствующими контрольно-измерительными приборами. Бунтовой прокат из сталей 8ЛЕ 1006 и 8ЛЕ 1065 диаметром 5,5 мм прокатывался из непрерывнолитой заготовки сечением 125x125 мм, нагрев и горячую деформацию проводили в соответствии с ТИ 228-П1-02-03. В табл. 2 представлены данные о температуре нагрева заготовок в печи.
Технологические режимы охлаждения бунтового проката на линии Стелмор приведены в табл. 3, а механические свойства бунтового проката - в табл. 4. Металлографические исследования показали, что номера действительных зерен изменяются в пределах 8-10 для стали 8ЛЕ 1006 и 8-11 для стали 8ЛЕ 1065, а разбег значений для каждого из режимов не превышает 2-3 номеров. При этом следует отметить, что для неохлажденного переднего конца бунтового проката обеих марок стали характерным является увеличение размеров действительного зерна на 1-2 номера. На по-
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2016, № 4 (64)
верхности неохлажденного горячекатаного переднего конца бунтового проката из сталей марок 8ЛБ 1006 и 8ЛБ 1065 общую массу окалину не удалось идентифицировать в полном объеме из-за ее скалывания при отборе и подготовке
А
В
образцов. Толщина слоя окалины на поверхности проката из стали 8ЛБ 1006 составляет 0,008-0,026 мм, а из стали 8ЛБ 1065 -0,003-0,017 мм соответственно.
вг
В
C
D
Рис. 1. Эталонная шкала определения типа (кода) состояния поверхности бунтового проката диаметром 5,5 мм [10]:
A - чистая серая поверхность проката; B - небольшие остаточные темные пятна или слабые следы окалины; C - значительная часть поверхности (20 %) покрыта темными пятнами или на субстрате проката отчетливо видны остатки окалины; D - крупные сплошные участки поверхности покрыты темными пятнами или на субстрате проката отчетливо видны остатки окалины
Fig. 1. Reference scale for determination of type (code) of surface state of the rolled coil steel of 5.5 mm diameter
[10]:
A - clean grey surface of rolled steel; B - small residual dark spots or faint traces of scale; C - a significant part of the surface (20 %) is covered with dark spots or scale residues are clearly visible on the rolled substrate;
D - large continuous surface portions are covered with dark spots or scale residues are clearly visible on the rolled substrate
а-а
б-b
Рис. 2. Эскиз приспособления подготовки образцов для определения массы окалины и состояния поверхности по методике «Bekaert» [10]:
■ размер отбираемых образцов и рабочая длина образца; R - радиус витка проката; б - 1 - основание; 2 - угловой профиль с прорезями для полотна ножовки; 3 - горячекатаный бунтовой прокат
Fig. 2. Sketch of sample preparation tool for determination of scale mass and surface state by Bekaert method [10]:
a - size of selected samples and sample working length; R - rolled coil radius; b - 1 -basis; 2 - corner profile with hacksaw blade slots; 3 - hot-rolled coil steel
а
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нащонального ушверситету залiзничного транспорту, 2016, № 4 (64)
С целью изучения фазового состава окалины на поверхности бунтового проката, изготовленного по различным режимам двухстадийно-го охлаждения, окалину отбирали методом кручения при подготовке образцов.
Фазовый состав окалины определяли по ди-фрактограммам, полученным на установке ДРОН-2,0 в медном излучении с графитовым
монохроматором. На дифрактометре предварительно были записаны эталонные смеси, содержащие различное соотношение оксидов (вюстит, магнетит, гематит). Расшифровку ди-фрактограмм и идентификацию фаз осуществляли по дифракционным характеристикам эталонных смесей (табл. 5) и изменению значений углов дифракции.
Температура нагрева металла в печи
Metal heating temperature in furnace
Таблица 2
Table 2
Марка стали
Температура нагрева металла по зонам печи (±20 °С), °С
зона 1 зона 2 зона 3 зона 4 зона 5 зона 6 зона 7
720 730 1 090 1 200 1 160 1 205 1 215
SAE 1006 SAE 1065
Параметры режимов двухстадийного охлаждения бунтового проката из сталей SAE 1006 и SAE 1065
Parameters of two-stage cooling modes of rolled coil steel of SAE 1006 and SAE 1065 grades
Таблица 3
Table 3
№ режима Марка стали Скорость прокатки, м/с Температура вит-кообразования, °С Скорость транспортера на секциях (1-7) линии Стелмор, м/с Положение теплоизоляционных крышек Работа вентиляторов, об/мин
1-1 SAE 1006 86,8 800±20 0,50-0,55 все открыты №1-7 - 900; №812 - откл.; № 1314 - 200; № 15 -150; № 16-17 -100
1-2 850±20 0,50-0,55
1-3 900±20 0,50-0,55
1-4 940±20 0,50-0,55
2-1 SAE 1065 86,8 800±20 0,50-0,55 все открыты №17 - 900; №8-12 - откл.; №13-14 -200; №15 - 150; №16-17 - 100
2-2 850±20 0,50-0,55
2-3 900±20 0,50-0,55
2-4 940±20 0,50-0,55
Наука та прогрес транспорту. Вюник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2016, № 4 (64)
МАТЕР1АЛОЗНАВСТВО
Таблица 4
Механические свойства1 исследуемого бунтового проката из сталей 8ЛЕ 1006 и 8ЛЕ 1065
Table 4
Mechanical properties of the tested rolled coil steel of SAE 1006 and SAE 1065 grades
№ режима Место отбора проб2 оБ, МПа 5ю, % % Номер действительного зерна3 Толщина слоя окалины, мм
390-400 29-34 71-72
1-1 о 10; 9 0,009-0,011
396,7 31,7 71,3
390-410 29-32 70-72
1-2 о 10; 9 0,008-0,013
401,7 30,3 70,7
385-385 31-33 75-77
1-3 о 10; 9 -
385,0 32 76,3
380-400 30-31 75-76
г 9; 8 -
388,3 30,3 75,7
1-4
390-405 31-34 72-73
о 10; 9 0,024-0,026
396,7 32,3 72,3
1 000-1 040 11-12 47-49
2-1 о 11; 10 0,008-0,009
1.021,7 11,5 47,7
970-1 045 12-14 45-47
2-2 о 10; 9 0,008-0,010
1010 12,7 46,0
980-1 015 11-14 42-47
2-3 о 10; 11 0,006-0,008
998,3 12,5 44,7
1 070-1 130 9,2-11,0 39-42
г 9; 8 0,003-0,004
1 098,3 10,2 40
2-4
1 060-1 115 11,5-12,5 39-42
о 10; 11 0,016-0,017
1.091,7 12,0 40
Примечание: 1 - в числителе минимальное и максимальное значения, в знаменателе - среднее;
2 - (г) - горячекатаный передний конец бунта, (о) - охлажденный задний конец бунта;
3 - испытания по ГОСТ 5639-82.
Таблица 5
Состав эталонных смесей для определения фазового состава окалины
Table 5
Composition of reference compounds for determination of scale phase composition
Состав эталонных смесей, % масс.
№ 1 № 2 № 2 № 4
33,3 % - Fe3O4 33,3 % - Fe2Os 33,3 % - FeO 10 % - Fe3O4 5 % - Fe2Os 85 % - FeO 25 % - Fe3O4 15 % - Fe2Os 60 % - FeO 50 % - FesO4 50 % - FeO
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2016, № 4 (64)
количество окалины и глубина обезуглерожен-ного слоя для проката из стали марки 8ЛБ 1065 изменяются следующим образом:
— при раскладке на витки при температурах 800, 850, 900 и 940 °С и последующего воздушного охлаждения средние значения общей масса окалины составляют: 3,85, 3,59, 3,36 и 9,19 кг/т, а остаточной - 0,11, 0,16, 0,18 и 0,22 кг/т соответственно;
— средняя глубина обезуглероженного слоя после охлаждения проката от температур 800, 850, 900 и 940 °С составляет - 0,11, 0,09, 0,08 и 0,05 мм соответственно.
Для проката из низкоуглеродистой стали, в частности 8ЛБ 1006, глубина обезуглероже-ного слоя не подвергается контролю ни одним из существующих нормативных документов, ввиду невозможности ее определения методом металлографического анализа, а количество окалины изменяется в таких диапазонах:
— при раскладке на витки при температурах 800; 850; 900 и 940 °С и последующего воздушного охлаждения средние значения общей массы окалины составляют: 4,64; 5,85; 10,33 и 11,17 кг/т, а остаточной - 0,67; 0,73; 0,30 и 0,33 кг/т соответственно.
Таблица 6
Фазовый состав окалины на поверхности бунтового проката марок 8ЛЕ 1006 и 8ЛЕ 1065
Table 6
Scale phase composition on the surface of rolled coil steel of SAE 1006 and SAE 1065 grades
№ Марка Температура виткообразования, Количественное содержание оксидов железа, %
режима стали
°С Вюстит (FeO) Магнетит (Fe3O4) Гематит (Fe2O3)
1-1 800±20 ~ 90 8-10 ~ 2
1-2 850±20 88-90 10-12 -
1-3 SAE 900±20 ~ 85 ~ 15 -
1006 940±20 ~ 80 ~ 15 ~ 5
1-4 горячекатаный передний конец бунта 75-80 20-15 ~ 5
2-1 800±20 85-88 10-12 ~ 2
2-2 SAE 850±20 85-88 10-12 ~ 2
2-3 1065 900±20 83-85 ~ 15 ~ 2
2-4 940±20 80 17-15 3-5
При расшифровке полученных дифракто-грамм установлено, что количественное соотношение фазовых составляющих окалины при прочих равных условиях зависит главным образом от температуры виткообразования металла. Исследования показали, что при измене -нии температуры виткообразования на поверхности проката образуется окалина, состоящая из двух-трех фаз (табл. 6).
Точность количественного анализа зависит от представительности проб - количества вещества (окалины). В качестве связующего материала использовался вазелин. Применить метод гомологических пар в данном случае не представлялось возможным ввиду того, что он предназначен для двухфазных образцов. Способ наложения основан на использовании предварительно снятых эталонных (смесях известного состава) образцах, отличающихся между собой ступенчатым изменением отношения интенсивностей. После чего сравнивают интенсивность эталонных и исследуемых образцов.
Исследования показали, что при повышении температуры виткообразования металла на линии Стелмор в диапазоне температур 800—940 °С
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2016, № 4 (64)
МАТЕР1АЛОЗНАВСТВО
и 97,3-97,9 % соответственно, а минимальное количество остаточной окалины на поверхности металла наблюдается при температуре вит-кообразования 800 °С. При снижении температуры виткообразования (при прочих равных условиях: скорости передвижения витков по роликовому транспортеру линии Стелмор, количеству задействованных единиц и режимов работы воздушных вентиляторов, положению теплоизоляционных крышек) общая масса окалины снижается, а остаточная возрастает. При температуре виткообразования 850 °С и ниже на поверхности металла образуется гематит характерного красно-рыжего оттенка (цвет ржавчины), что приводит к потере товарного вида металлопродукции и опасению потребителей относительно возможности дальнейшей ее переработки.
Таблица 7
Результаты испытаний по механическому удалению окалины с поверхности бунтового проката марок SAE 1006 и SAE 1065
Table 7
Tests results for mechanical descaling of the surface of rolled coil steel of SAE 1006 and SAE 1065 grades
№ режима G, г G2, г G3, г G4, г А, кг/т В,% С, кг/т Код (тип) поверхности
Сталь SAE 1006
1-1 57,712 57,622 57,480 57,453 4,49 84,0 0,72 В
57,980 57,893 57,749 57,724 4,42 85,2 0,65 В
57,732 57,632 57,466 57,442 5,02 87,4 0,64 В
1-2 56,190 56,074 55,882 55,856 5,94 88,1 0,71 В
55,714 55,615 55,461 55,431 5,08 83,7 0,83 В
56,437 56,323 56,094 56,069 6,52 90,2 0,64 В
1-3 58,142 57,932 57,493 57,482 11,35 97,6 0,28 В
58,031 57,845 57,486 57,475 9,58 97,0 0,29 В
58,217 58,024 57,645 57,632 10,04 96,7 0,33 В
1-41 56,248 56,216 56,129 56,098 2,67 73,7 0,70 C
55,792 55,741 55,659 55,631 2,87 74,5 0,74 C
55,812 55,783 55,751 55,721 1,63 51,6 0,79 C
1-4 57,194 56,975 56,523 56,508 11,99 96,8 0,39 В
57,696 57,482 57,085 57,072 10,82 96,8 0,34 В
57,354 57,147 56,750 56,740 10,71 97,5 0,26 В
В табл. 7 приведены результаты взвешиваний, расчета общей и остаточной масс окалины на поверхности металла, а также ее способности к удалению в зависимости от температуры виткообразования металла.
Анализируя полученные результаты, можно сделать вывод о том, что для стали 8ЛБ 1006 наилучшая способность к удалению окалины составляет 96,8-97,5 % и 96,7-97,6 %, которая наблюдается на образцах металла, охлажденного до температур виткообразования 900 и 940 °С соответственно. Для указанного температурного диапазона характерным является и минимальное количество остаточной окалины на поверхности металла. Для проката из стали 8ЛБ 1065 наилучшие показатели по удаляемо-сти окалины достигнуты при температурах виткообразования 800 и 940 °С - 95,9-98,3 %
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2016, № 4 (64)
Окончание табл. 7 End of table 7
№ режима Gi, г G2, г G3, г G4, г А, кг/т В,% С, кг/т Код (тип) поверхности
Сталь SAE 1065
2-1 57,530 57,460 57,339 57,335 3,39 96,8 0,11 В
58,085 58,009 57,867 57,861 3,86 95,9 0,16 В
58,278 58,199 58,030 58,027 4,31 98,3 0,08 В
2-2 57,020 56,949 56,822 56,816 3,58 95,5 0,16 В
56,550 56,474 56,348 56,342 3,68 95,5 0,17 В
58,025 57,955 57,826 57,820 3,53 95,5 0,16 В
2-3 55,638 55,573 55,463 55,454 3,31 92,4 0,25 В
56,552 56,484 56,370 56,366 3,29 96,6 0,11 В
56,811 56,741 56,620 56,613 3,49 94,5 0,19 В
2-41 56,312 56,288 56,252 56,224 1,56 56,3 0,68 D
55,937 55,898 55,835 55,811 2,25 72,4 0,62 C
56,670 56,634 56,585 56,557 1,99 63,6 0,73 C
2-4 57,384 57,182 56,823 56,813 9,95 97,3 0,27 В
57,477 57,291 56,921 56,913 9,81 97,9 0,21 В
57,325 57,170 56,884 56,877 7,82 97,6 0,19 В
Примечание: 1 - горячекатаный передний конец бунта.
Возникающий градиент температур при различных температурах виткообразования, несмотря на незначительно отличающийся фазовый состав окалины (табл. 5), приводит к образованию вторичных оксидов на границе раздела металло-калина с различными свойствами и, соответственно, способности к механическому удалению окалины с поверхности бунтового проката.
Данные металлографического анализа измерения глубины обезуглероженного слоя представлены в табл. 8.
Графическое представление результатов исследований в зависимости от температуры виткообразования проката приведено на рис. 3-5.
Статистическая обработка данных позволила установить корреляционную связь общей и остаточной масс окалины, а также глубины обезуглероженного слоя (к^, %) на поверхности металла от изменения температуры виткообразо-вания (Тво, 0С).
Исходные данные были обработаны стандартными методами математической статистики,
10.15802^2016/78353 © Э. В. Парусов, А. Б. Сычков, С. И. Губенко, И. Н. Чуйко, Л. В. Сагура, 2016
в результате чего получены следующие уравнения регрессии:
— для проката из стали SAE 1006:
A™ = 44,597• lnTBO -293,9; Csaeioo6 = 1,4371-T¡0 -10-6 -3,7619• T2BO x
x10-3 + 3,273• Tbo -945,9;
— для проката из стали SAE 1065: Aae1065 = 1,1894 • T¡o -10-6 - 3,0324 • T2m x
x10-3 + 25,736 • Tbo - 7267; Cae1065 = 0,7337• Tbo -0,4733; ho6 = 3,7857 • T¡o • 10-7 + 9,867 • T¡o x
x10-4 -0,862• TBO + 253,82.
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2016, № 4 (64)
Таблица 8
Измерение глубины обезуглероженного слоя на поверхности бунтового проката
Measuring the depth of decarbonized layer on the rolled coil steel surface
Table 8
Марка стали Температура виткообразования, °С
800 850 900 940
SAE 10061 - - - -
SAE 10652 2,21-2,04 2,11 1,72-1,87 1,78 1,45-1,67 1,56 1,14-1,38 1,27
Примечание: 1 - не подвергается контролю в нормативной документации; 2 - в числителе минимальное и максимальное значения, в знаменателе - среднее.
При проведении металлографических исследований изменения глубины обезуглеро-женного слоя на поверхности проката из стали 8ЛБ 1065 в зависимости от температуры вит-кообразования дополнительному контролю подвергали изменение главного параметра микроструктуры - межпластиночного расстояние в перлите (рис. 6), средние значения которого (£0, мкм) для температур виткообразова-ния 800, 850, 900 и 940 °С составили - 0,341, 0,263, 0,176 и 0,158 мкм соответственно.
Уравнение регрессии (1), описывающее взаимосвязь £0 с температурой виткообразования, показало хорошую корреляционную связь (Я = 0,93):
S0 =-1,1895-ln ГВО-
-8,287.
(1)
Необходимо отметить, что сопоставительный анализ данных, полученных расчетным путем, и результатов исследований для всех уравнений регрессии показал достаточно высокое соответствие расчетных и экспериментальных данных (Я = 0,90-0,96). Принимая во внимание, что уравнения регрессии получены путем обработки экспериментальных данных типового проволочного стана ПС-150-1 стандартными статистическими методами, разработанная методика определения общей и остаточной масс окалины, глубины обезугле-роженного слоя, а также среднего межпластиночного расстояния в перлите бунтового проката марки 8ЛБ 1065 может быть использована в условиях других металлургических предприятий.
Предложенный экспресс-метод позволяет снизить трудоемкость и существенно умень-
шить временные потери, необходимые для определения нормируемых показателей качества бунтового проката. Выполненные эксперименты позволили добиться необходимого практического результата в силу возможности оперативного управления режимами регулируемого охлаждения металла, а также обеспечить контроль над процессами структурообразования в процессе деформационно-термической обработки бунтового проката.
В заключение следует отметить, что товарный вид проката при прочих равных условиях определяется цветом его поверхности. Допустимыми цветами проката являются серо-голубой и черный, а недопустимым - красно-рыжий. При температурах виткообразования 800 и 940 °С окалина имеет допустимый (черный) цвет, а при 850 °С и 900 °С - недопустимый (красно-рыжий). С учетом удаляемости окалины с поверхности бунтового проката механическим способом рациональной температурой раскладки проката на витки, при двухстадийном охлаждении металла на линии Стелмор, является температура (940 + 20) °С.
На основании результатов исследований в условиях ПАО «АрселорМиттал Кривой Рог» введена во внутризаводское использование методика проведения испытаний по удалению окалины механическим способом с поверхности проката из низко- и высокоуглеродистых марок стали. Получен патент Украины на изобретение № 91760 «Спосiб визначення загаль-но! та залишково! кшькосп окалини на поверх-ш катанки».
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2016, № 4 (64)
Рис. 3. Изменение количества окалины на поверхности бунтового проката диаметром 5,5 мм из стали марки SAE 1006 в зависимости от температуры виткообразования:
а - общая масса окалины; б - остаточная масса окалины
Fig. 3. Changes in scale mass on rolled coil steel surface of 5.5 mm diameter of SAE 1006 steel grade depending on coil formation temperature:
a -total scale mass; b - residual scale mass
Рис. 4. Изменение количества окалины на поверхности бунтового проката диаметром 5,5 мм из стали марки SAE 1065 в зависимости от температуры виткообразования:
а - общая масса окалины; б - остаточная масса окалины
Fig. 4. Changes in scale mass on rolled coil steel surface of 5.5 mm diameter of SAE 1065 steel grade depending on coil formation temperature:
a -total scale mass; b - residual scale mass
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального унiверситету з^зничного транспорту, 2016, № 4 (64)
X
Ь
2.4
2.2
1,8
1,6
1.4
1,2
ч
N 1
I—I
700
000 0 20 040 060
0ЕО 900
920
940 960
Тезшература ей гко образов алия,
Рис. 5. Изменение глубины обезуглероженного слоя на поверхности бунтового проката диаметром 5,5 мм из стали марки SAE 1065 в зависимости от температуры виткообразования
Fig. 5. Changes in decarburized layer depth on rolled coil steel surface of 5.5 mm diameter of SAE 1065 steel grade depending on coil formation temperature
Рис. 6. Изменение межпластиночного расстояния в перлите бунтового проката диаметром 5,5 мм из стали марки SAE 1065 в зависимости от температуры виткообразования (интенсивность воздушного охлаждения - const)
Fig. 6. Changes in interlamellar spacing in pearlite of 5.5 mm diameter rolled coil steel of SAE 1065 steel grade depending on coil formation temperature (intensity of air-cooling - const)
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2016, № 4 (64)
Выводы
1. Установлено влияние температуры виткообразования и последующего непрерывного воздушного охлаждения на фазовый и количественный состав окалины, образующейся на поверхности бунтового проката диаметром 5,5 мм из сталей марок SAE 1006 и SAE 1065.
2. Анализ экспериментальных данных позволил определить рациональные температуры виткообразования металла, которые обеспечивают наилучшее удаление окалины, минимальное ее остаточное количество и соответствие цвета поверхности металла требованиям европейских потребителей.
3. На базе спецификаций компании «Bekaert» (GA-03-16, GA-03-18, GS-03-02 и GS-06-01) в условиях ПАО «АрселорМиттал Кривой Рог» разработана и внедрена методика проведения испытаний по удалению окалины механическим способом с поверхности бунтового проката из низко- и высокоуглеродистой марок сталей.
4. Разработан экспресс-метод определения общей и остаточной масс окалины на поверхности металла в зависимости от температуры виткообразования. Получен патент Украины на изобретение № 91760 «Споаб визначення зага-льно1 та залишково1 кшькост окалини на пове-рхш катанки».
5. Установлена корреляционная связь нормируемых показателей качества бунтового проката из высокоуглеродистой стали (масса окалины, глубина обезуглероженного слоя и межпластиночное расстояние в перлите) с одним из главных параметров (температурой виткообразования) режима деформационно-термической обработки.
6. Полученные уравнения регрессии позволяют без применения металлографического анализа с минимальной погрешностью определить массу окалины, глубину обезуглерожен-ного слоя и среднее межпластиночное расстояние в перлите проката из высокоуглеродистой стали. При этом не требуется проведение трудоемких и длительных во времени аттестационных испытаний.
7. Показано дополнительное обоснование рациональности повышения температуры вит-кообразования металла с точки зрения формирования эффективных механических свойств,
doi 10.15802/stp2016/78353
структурного состояния и других качественных
показателей бунтового проката.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Блатнер, М. Е. Методика исследований металлов и обработки опытных данных / М. Е. Блатнер. - Москва : Металлургиздат, 1952. - 444 с.
2. Вакуленко, И. А. Морфология структуры и деформационное упрочнение стали / И. А. Вакуленко, В. И. Большаков. - Днепропетровск : Маковецкий, 2008. - 196 с.
3. Вакуленко, I. О. Структурний аналiз в матерiа-лознавствi / I. О. Вакуленко. - Дшпропет-ровськ : Маковецький, 2010. - 124 с.
4. Взаимосвязь структурных, механических и технологических характеристик катанки из стали 80 КРД / Э. В. Парусов, В. В. Парусов,
B. А. Луценко [и др.] // Стальные канаты : сб. научн. тр. - Одесса, 2007. - С. 155-161.
5. Взаимосвязь толщины и удельной массы окалины на поверхности высокоуглеродистой катанки / В. В. Парусов, Э. В. Парусов, И. Н. Чуйко [и др.] // Стр-во, материаловедение, машиностроение : сб. научн. тр. - Днепропетровск : ПГАСА, 2004. - Вып. 27, ч. 2. -
C. 26-29.
6. Исследование влияния окалинообразования на состояние поверхности заготовок для повышения качества горячекатаных безшовних труб / И. А. Ковалева, А. А. Кучков, А. В. Венгура [и др.] // Литье и металлургия. - 2014. -№ 3 (76). - С. 53-57.
7. Исследование охлаждения труб при гидро-сбиве окалины / В. Д. Добряк, А. Н. Степанен-ко, Ю. Д. Угрюмов [и др.] // Металлург. и гор-норуд. промышленность. - 2016. - № 1. -С. 99-102.
8. Кайстров, Е. А. Борьба с обезуглероживанием в прокатных цехах / Е. А. Кайстров // Сталь. -1950. - № 12. - С. 1106-1108.
9. Катанка стальная канатная. Технические условия: ДСТУ 3683-98. - [Чинний вад 1999-01-01]. - Кшв : Держспоживстандарт Украни, 1999. -34 с. - (Нацюнальний стандарт Украши).
10. Количественное определение общего количества окалины, способности к удалению окалины и остаточных оксидов с поверхности высокоуглеродистого и низкоуглеродистого проката: вА-03-16. - ВЕКАБЯТ. МВШС. ВК-Брес: вА-03-16. - 1994. - 9 с.
11. Копытов, В. Ф. Нагрев стали в печах / В. Ф. Ко-пытов. - Москва : Металлургия, 1955. - 264 с.
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2016, № 4 (64)
12. Кравченко, М. С. Стратегия инновационной 18. Формирование структуры и свойств катан-деятельности промышленных предприятий / ки для сверхвысокопрочного металлокорда / М. С. Кравченко, Н. В. Марченко // Наука та В. А. Луценко, В. А. Маточкин, Н. И. Анель-прогрес транспорту. - 2016. - № 2 (62). - кин [и др.] // Металлург. и горноруд. промыш-С. 25-35. doi: 10.15802/stp2016/67283. ленность. - 2006. - № 6. - С. 54-57.
13. Кубашевский, О. Окисление металлов и спла- 19. Фрик, Ю. Оптимизация технологии гидроме-вов / О. Кубашевский, В. Гопкинс [пер. ханического удаления окалины на стали / с англ.]. - Москва : Металлургия, 1965. - 428 с. Ю. Фрик // Новости черной металлургии за ру-
14. Ледков, В. Г. Непрерывные травильные линии бежом. - 2012. - № 4 (88). - С. 59-60.
/ В. Г. Ледков. - Москва : Металлургиздат, 20. Функе, П. мл. Влияние условий охлаждения на
1961. - 158 с. стане на структуру окалины и травимость
15. Матвеев, Б. Н. Методы повышения качества стальной катанки / П. мл. Функе, М. Хайнритц катанки / Б. Н. Матвеев // Прокатное производ- // Черные металлы. - 1970. - № 3. - С. 12-20. ство. - 2001. - № 1. - С. 40-47. 21. Integrated process for drawing wire-rod without a die
16. Налча, Г. И. Комплексное исследование ока- plate and descaling the rod surface / Yu. F. Bakhma-лины, образующейся при горячей прокатке / tov, K. G. Pashchenko, A. A., Kal'chenko [et al.] Г. И. Налча // Новости черной металлургии // Metallurgist. - 2014. - Vol. 58. - Iss. 3-4. -России и зарубежных стран. - 1999. - № 2. - P. 316-320. doi: 10.1007/s 11015-014-9908-0.
С. 102-112. 22. Manufacture of Wire Rods with Good Descaling
17. Парусов, В. В. Разработка технологических ре- Property / J. Tominaga, K. Wakimoto, T. Mori [et жимов охлаждения катанки на линии Stelmor, al.] // Transactions of the Iron and Steel Institute обеспечивающих требуемую удаляемость ока- of Japan. - 1982. - Vol. 22. - Iss. 8. - P. 646-656. лины механическим способом и товарный вид doi: 10.2355/isijinternational1966.22.646 . металлопродукции : отчет о НИР / Ин-т черной 23. Pfeil, L. B. J. of the Iron and Steel Institute / металлургии НАНУ ; рук. В. В. Парусов. - L. B. Pfeil. - 1931. - № 123. Днепропетровск, 2007. - 88 с.
Е. В. ПАРУСОВ1, О. Б. СИЧКОВ2, С. I. ГУБЕНКО3, I. М. ЧУЙКО4, Л. В. САГУРА5*
'Ввддш термiчноi обробки металу для машинобудування, 1нститут чорно! металургй ш. З. I. Некрасова, Нацюнальна академiя наук Украши, пл. Ак. Стародубова, 1, Дншро, Укра!на, 49050, тел. +38 (0562) 33 71 63, ел. пошта [email protected], ORCID 0000-0002-4560-2043
2Каф. «Ливарне виробництво i матерiалознавство», Магштогорський державний техшчний ушверситет ш. Г. I. Носова, пр. Ленша, 38, Магнггогорськ, Росшська Федеращя, тел. +7 (919) 348 66 84, ел. пошта [email protected], ORCID 0000-0002-0886-1601
3Каф. «Матерiалознавство», Нацюнальна металургшна академiя Укра!ни, пр. Гагарша, 4, Дншро, Укра!на, тел. +38 (056) 374 83 57, ел. пошта [email protected], ORCID 0000-0002-0886-1601 4Ввддш термiчноl обробки металу для машинобудування, йститут чорно! металургй ш. З. I. Некрасова, Нацюнальна академiя наук Украши, пл. Ак. Стародубова, 1, Дншро, Укра!на, тел. +38 (0562) 33 71 63, ел. пошта [email protected], ORCID 0000-0002-4753-614X
5*Вщдш термiчноl обробки металу для машинобудування, йститут чорно! металургй iм. З. I. Некрасова, Нацюнальна академiя наук Украши, пл. Ак. Стародубова, 1, Дншро, Укра!на, тел. +38 (0562) 33 71 63, ел. пошта [email protected], ORCID 0000-0002-2614-0322
ПЕРЕВАГИ ЕКСПРЕС-МЕТОДУ ВИЗНАЧЕННЯ МАСИ ОКАЛИНИ I ЗНЕВУГЛЕЦЬОВАНОГО ШАРУ БУНТОВОГО ПРОКАТУ
Мета. У робот необхщно встановити ушверсальш емшричш залежносп, яш дозволять здшснити опера-тивний розрахунок маси окалини i глибини зневуглецьованого шару, грунтуючись на параметрах технолоп-чного процесу виробництва бунтового прокату. Методика. Дослвдження виконаш на промислових партях прокату iз сталей марок SAE 1006 i SAE 1065. Видалення окалини визначали вщповвдно до методик компа-нii «Bekaert» за специфiкацiями: GA-03-16, GA-03-18, GS-03-02, GS-06-01. Глибину зневуглецьованого шару вдентифшували вiдповiдно до ГОСТ 1763-68 (метод М). Результати. Аналiз експериментальних даних дозволив визначити рацiональнi температури виткоутворення прокату дослiджуваних марок стал^ якi забезпе-чують найкраще видалення поверхнево! окалини, мiнiмальну ii остаточну кiлькiсть, а також вiдповiднiсть
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2016, № 4 (64)
кольору поверхш металу вимогам европейських споживач1в. Наукова новизна. Авторами встановлений кореляцшний зв'язок нормованих показник1в якосп, бунтового прокату з високовуглецево! стал (маса ока-лини, глибина зневуглецьованого шару i м1жпластинкова вщстапь у перлт) з одним з головних параметр1в (температурою виткоутворення) режиму деформацiйно-термiчно! обробки. Отриманi рiвняння регресп до-зволяють, без застосування металографiчного аналiзу, з мiнiмальною похибкою визначити шльшсш значения маси окалини, глибини зневуглецьованого шару i середньо! мiжпластиичато! вiдстаиi в перлiтi бунтового прокату з високовуглецево! сталг Практична значимкть. На базi специфiкацiй компанп «Bekaert» (GA-03-16, GA-03-18, GS-03-02 i GS-06-01) розроблена i впроваджена в умовах ПАТ «АрселорМггтал Кривий Рп» методика проведення випробувань по видаленню окалини механiчним способом iз поверхш бунтового прокату з низько- i високовуглецево! марок сталг Розроблено експрес-метод визначення загально! та залишко-во! мас окалини на поверхш прокату в залежносп вiд температури виткоутворення. Отримано патент Укра!-ни на винахвд № 91760 «Споаб визначення загально! та залишково! шлькосп окалини на поверхнi катанки».
Ключовi слова: бунтовий прокат; окалина; зневуглецьований шар; деформацiйно-термiчна обробка
E. V. PARUSOV1, А. B. SYCHKOV2, S. I. GUBENKO3, I. N. CHUIKO4, L. V. SAHURA5*
'Dep. of metal heat treatment for mechanical engineering, Nekrasov Iron and Steel Institute of the National Academy of Sciences in Ukraine, Akademik Starodubov Sqr., 1, Dnipro, Ukraine, 49050, tel. +38 (0562) 33 71 63, e-mail [email protected], ORCID 0000-0002-4560-2043
2Dep. «Foundry and Materials», Magnitogorsk State Technical University named after G. I. Nosov, Lenin Ave., 38, Magnitogorsk, Russian Federation, 455000, tel. +7 (919) 348 66 84, e-mail [email protected], ORCID 0000-0002-0886-1601
3Dep. «Material Science», National Metallurgical Academy of Ukraine, Haharin Ave., 4, Dnipro, Ukraine, 49600, tel. +38 (056) 374 83 57, e-mail [email protected], ORCID 0000-0002-0886-1601
4Dep. of metal heat treatment for mechanical engineering, Nekrasov Iron and Steel Institute of the National Academy of Sciences in Ukraine, Akademik Starodubov Sqr., 1, Dnipro, Ukraine, 49050, tel. +38 (0562) 33 71 63, e-mail [email protected], (ORCID 0000-0002-4753-614X
5*Dep. of metal heat treatment for mechanical engineering, Nekrasov Iron and Steel Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine, Akademik Starodubov Sqr., 1, Dnipro, Ukraine, 49050, tel. +38 (0562) 33 71 63, e-mail [email protected], ORCID 0000-0002-2614-0322
ADVANTAGES OF RAPID METHOD FOR DETERMINING SCALE MASS AND DECARBURIZED LAYER OF ROLLED COIL STEEL
Purpose. To determine the universal empirical relationships that allow for operational calculation of scale mass and decarbonized layer depth based on the parameters of the technological process for rolled coil steel production. Methodology. The research is carried out on the industrial batches of the rolled steel of SAE 1006 and SAE 1065 grades. Scale removability was determined in accordance with the procedure of «Bekaert» company by the specifications: GA-03-16, GA-03-18, GS-03-02, GS-06-01. The depth of decarbonized layer was identified in accordance with GOST 1763-68 (M method). Findings. Analysis of experimental data allowed us to determine the rational temperature of coil formation of the investigated steel grades, which provide the best possible removal of scale from the metal surface, a minimal amount of scale, as well as compliance of the metal surface color with the requirements of European consumers. Originality. The autors established сorrelation of the standarchized quality indicators of the rolled coil high carbon steel (scale mass, depth of decarbonized layer and inter-laminar distance in pear-lite) with one of the main parameters (coil formation temperature) of the deformation and heat treatment mode. The re-sulting regression equations, without metallographic analysis, can be used to determine, with a minimum error, the quantitative values of the total scale mass, depth of decarbonized layer and the average inter-lamellar distance in pearlite of the rolled coil high carbon steel. Practical value. Based on the specifications of «Bekaert» company (GA-03-16, GA-03-18, GS-03-02 and GS-06-01) the method of testing descaling by mechanical means from the surface of the rolled coil steel of low- and high-carbon steel grades was developed and approved in the environment of PJSC «ArcelorMittal Kryvyi Rih». The work resulted in development of the rapid method for determination of total and remaining scale mass on the rolled coil steel surface of low- and high-carbon steel grades depending on the temperature coil formation. There was obtained the patent of Ukraine for invention no. 91760 «The method for de termining the total and remaining amount of scale on the rolled steel surface».
Keywords: rolled coil steel; scale; decarbonized layer; deformation-thermal treatment
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нащонального ушверситету залiзничного транспорту, 2016, № 4 (64)
REFERENCES
1. Blatner M.Ye. Metodika issledovaniy metallov i obrabotki opytnykh dannykh [Methods of metals research and processing of experimental data]. Moscow, Metallurgizdat Publ., 1952. 444 p.
2. Vakulenko I.A., Bolshakov V.I. Morfologiya struktury i deformatsionnoye uprochneniye stali [The morphology of the structure and work hardening of steel]. Dnepropetrovsk, Makovetskiy Publ., 2008. 196 p.
3. Vakulenko I.O. Strukturniy analiz v materialoznavstvi [Structural analysis in material science]. Dnipropet-rovsk, Makovetskyi Publ., 2010. 124 p.
4. Parusov E.V., Parusov V.V., Lutsenko V.A. Vzaimosvyaz strukturnykh, mekhanicheskikh i tekhnologicheskikh kharakteristik katanki iz stali 80 KRD [The relationship of the structural, mechanical and technological characteristics of 80 KRD wire-rod of steel]. Sborniknauchnykh trudov «Stalnyye kanaty» [Pros. «Steel ropes»], Odessa, Astroprint Publ., 2007, pp. 155-161.
5. Parusov V.V., Parusov E.V., Chuyko I.N., Sychkov A.B., Derevyanchenko I.V. Vzaimosvyaz tolshchiny i udelnoy massy okaliny na poverkhnosti vysokouglerodistoy katanki [The relationship of thickness and specific mass scale on the surface of high carbon wire rod]. Sbornik nauchnykh trudov «Stroitelstvo, materialove-deniye, mashinostroeniye» [Proc. «Construction, Material Science, Engineering Industry»], Dnepropetrovsk, PGASA Publ., 2004, vol. 27, no.2, pp. 26-29.
6. Kovaleva I. A., Kuchkov A. A., Vengura A. V., Hodosovskaya N. A., Guzova I. A., Ovchinnikova I. A. Issle-dovaniye vliyaniya okalinoobrazovaniya na sostoyaniye poverkhnosti zagotovok dlya povysheniya kachestva goryachekatanykh bezshovnykh trub [Study of the effect of scaling on the state of the surface of the work-pieces to improve the quality of hot-rolled seamless pipes]. Litye i metallurgiya - Casting and Metallurgy, 2014, no. 3 (76), pp. 53-57.
7. Dobryak V. D., Stepanenko A. N., Ugryumov Yu. D., Gubinskiy M. V., Grinev A. F. Issledovaniye oh-lazhdeniya trub pri gidrosbive okalinyi [Research cooling pipes at descaling]. Metallurgicheskaya i gornorud-naya promyishlennost - Metallurgical and Mining Industry, 2016, no. 1, pp. 99-102.
8. Kaystrov E. A. Borba s obezuglerozhivaniyem v prokatnykh tsekhakh [Fighting with decarbonization in rolling mills]. Stal - Steel, 1950, no 12, pp. 1106-1108.
9. Katanka stalnaya kanatnaya. Tehnicheskiye usloviya: DSTU 3683-98 [State Standard 3683-98. Steel cable wire rod]. Kiev, Derzhspozhivstandart Ukrayini Publ., 1999, 34 p.
10. Kolichestvennoye opredeleniye obshchego kolichestva okaliny, sposobnosti k udaleniyu okaliny i ostatoch-nykh oksidov s poverkhnosti vysokouglerodistogo i nizkouglerodistogo prokata [Quantitative determination of the total amount of scale, descaling ability and residual oxides from the surface of rolled high-low-carbon]: GA-03-16, BEKAERT. MBUSC. BK-spec: GA-03-16. May 1994, 9 p.
11. Kopyitov V. F. Nagrev stali vpechah [Heating the steel in furnaces]. Moscow, Metallurgiya Publ., 1955. 264 p.
12. Kravchenko M. S., Marchenko N. V. Strategiya innovatsionnoy deyatelnosti promyshlennykh predpriyatiy [The strategy of innovative activity of industrial enterprises]. Nauka ta progres transportu - Science and Transport Progress, 2016, no. 2 (62), pp. 25-35. doi: 10.15802/stp2016/67283.
13. Kubashevskiy O., Gopkins V. Okisleniye metallov i splavov [Oxidation of metals and alloys]. Moscow, Metallurgiya Publ., 1965, 428 p.
14. Ledkov V. G. Nepreryvnyye travilnyye linii [The continuous pickling lines]. Moscow, Metallurgizdat Publ., 1961. 158 p.
15. Matveyev B.N. Metody povysheniya kachestva katanki[Methods to improve the quality of a wire rod]. Pro-katnoye proizvodstvo - Rolling, 2001, no. 1, pp. 40-47.
16. Nalcha G.I. Kompleksnoye issledovaniye okaliny, obrazuyushcheysya pri goryachey prokatke [Comprehensive study of scale produced during hot rolling]. Novosti chernoy metallurgii Rossii i zarubezhnykh stran -News of Ferrous Metallurgy in Russia and Abroad, 1999, no. 2, pp. 102-112.
17. Parusov V.V. Razrabotka tekhnologicheskikh rezhimov okhlazhdeniya katanki na linii Stelmor, obespechiva-yushchikh trebuemuyu udalyaemost okaliny mekhanicheskim sposobom i tovarnyy vid metalloproduktsii [Development of technological modes of rod cooling on Stelmor line, providing the required removability of scale with mechanical way and presentation of metal]. Dnepropetrovsk, 2007. 88 p.
18. Lutsenko V.A., Yevsyukov M.F., Sivak A.I., Matochkin V.A., Anelkin N.I. Formirovaniye struktury i svoystv katanki dlya sverkhvysokoprochnogo metallokorda [Formation of structure and properties of the rod for ultrahigh steel cord]. Metallurgicheskaya i gornorudnaya promyishlennost - Metallurgical and Mining Industry, 2006, no. 6, pp. 54-57.
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нащонального ушверситету залiзничного транспорту, 2016, № 4 (64)
19. Frik Yu. Optimizatsiya tekhnologii gidromekhanicheskogo udaleniya okaliny na stali [Optimization of hydro-mechanical descaling technology on steel]. Novosti chernoy metallurgii za rubezhom - News of Ferrous Metallurgy in Russia and Abroad, 2012, no. 4 (88), pp. 59-60.
20. Funke P. ml., Khaynritts M. Vliyaniye usloviy okhlazhdeniya na stane na strukturu okaliny i travimost stalnoy katanki [Effect of cooling conditions at the camp on the scale structure of the etchability of steel rod]. Cher-nyye metally - Ferrous Metals, 1970, no. 3, pp. 12-20.
21. Bakhmatov Yu.F., Pashchenko K.G., Kal'chenko A. A., Belov A. S. , Tyuteryakov N. Sh. Integrated process for drawing wire-rod without a die plate and descaling the rod surface. Metallurgist, 2014, vol. 58, issue 3, pp. 316-320. doi:10.1007%2Fs11015-014-9908-0
22. Tominaga J., Wakimoto K. Mori T. Manufacture of Wire Rods with Good Descaling Property. Transactions of the Iron and Steel Institute of Japan, 1982, no. 8, vol. 22, pp. 646-656. doi: 10.2355/isijinternational1966.22.646.
23. Pfeil L. B. Journal of the Iron and Steel Institute, 1931. No. 123.
Статья рекомендована к публикации д.т.н., проф. Г. В. Левченко (Украина); д.т.н., проф.
И. А. Вакуленко (Украина)
Поступила в редколлегию: 24.03.2016
Принята к печати: 04.07.2016
