Научная статья на тему 'Совершенствование технологии термического упрочнения котельной стали в условиях ТЛЦ 3600 ОАО «МК «Азовсталь»'

Совершенствование технологии термического упрочнения котельной стали в условиях ТЛЦ 3600 ОАО «МК «Азовсталь» Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

CC BY
528
16
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — Рябикина Марина Анатольевна, Иванова Т. Ю., Згонник О. П., Ткаченко Константин Игоревич

Выполнен анализ уровня механических свойств котельной стали и построены регрессионные модели зависимости ударной вязкости от колебаний химического состава. Разработана и освоена технология термического упрочнения, обеспечивающая повышение качественных показателей металлопроката в условиях ОАО «МК «Азовсталь».

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по технологиям материалов , автор научной работы — Рябикина Марина Анатольевна, Иванова Т. Ю., Згонник О. П., Ткаченко Константин Игоревич

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

It is analysed a level of mechanical properties of boiler steel and are constructed regressive models of dependence of impact strength from fluctuations of a chemical compound. The technology of thermal hardening providing increase of quality indicators of metal hire in conditions of metallurgical combine «Azovstееl» is developed and mastered.

Текст научной работы на тему «Совершенствование технологии термического упрочнения котельной стали в условиях ТЛЦ 3600 ОАО «МК «Азовсталь»»

В1СНИК ПРИАЗОВСЬКОГО ДЕРЖАВНОГО ТЕХН1ЧНОГО УН1ВЕРСИТЕТУ 2007 р. Вип. №17

УДК 621.785: 621.14.018.85

РябикинаМ.А.1, Иванова Т.Ю.2, Згонник О.П.3, Ткаченко К.И.4

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ТЕРМИЧЕСКОГО УПРОЧНЕНИЯ КОТЕЛЬНОЙ СТАЛИ В УСЛОВИЯХ ТЛЦ 3600 ОАО «МК «АЗОВСТАЛЬ»

Выполнен анализ уровня механических свойств котельной стали и построены регрессионные модели зависимости ударной вязкости от колебаний химического состава. Разработана и освоена технология термического упрочнения, обеспечивающая повышение качественных показателей металлопроката в условиях ОАО «МК «Азовсталъ».

Требуемый уровень механических свойств котельных сталей достигается за счет термического упрочнения проката с отдельного или прокатного нагрева. В первом случае нагрев толстолистового проката перед закалкой осуществляют в проходных роликовых печах. После нагрева листы охлаждают в воде с повышенной скоростью. Применяют, как прерванное ускоренное охлаждение со скоростью <20-30 °С/с до температуры выше мартенситной точки Мн, так и полное охлаждение в воде до комнатной температуры с повышенной скоростью >20-30 °С/с в область температур ниже точки Мн [1,2]. Технология прерванного ускоренного охлаждения нашла наибольшее применение в Японии и Европе.

В условиях ТЛЦ 3600 металлургического комбината ОАО «МК «Азовсталь», согласно Правилам ASTM А516 для сосудов высокого давления, производят толстолистовую сталь 70. Химический состав стали, %: С-0,2-0,27; Mn-0,85-1,2; Si-0,15-0,40; А1-0,02-0,05; Р<0,035; S<0,035; Cr<0,3; Ni<0,3; Си<0,30; N<0,012. Требуемые механические свойства: о0,2>260 МПа, ов=485-620 МПа, 5>21%, KCV_46>46 Дж/см2. Плиты после горячей прокатки подвергаются нормализации от 930°С на участке камерных печей стана. В ряде случаев после такой обработки наблюдаются неудовлетворительные значения ударной вязкости при отрицательных температурах испытания.

Целью настоящей работы явилось изучение влияния колебаний химического состава и параметров режима термической обработки на ударную вязкость плит толщиной от 50 до 125 мм при отрицательных температурах испытания. Исследование выполнено на основе статистического анализа результатов приемо-сдаточных испытаний листовой стали 70 ASTM-516 в нормализованном состоянии. Объем выборки составил 150 плавок. В таблице представлены результаты анализа в виде уравнений регрессии и коэффициентов парной корреляции для факторов, у которых г>0,1. Как видно, наиболее сильное отрицательное влияние на ударную вязкость оказывают углерод, кремний, сера, фосфор и титан, а положительное - никель. Известно [3], что наиболее простым и эффективным способом повышения вязкости стали является уменьшение в ней содержания углерода, при одновременном снижении содержания серы и фосфора. Анализ показывает, что требуемая ударная вязкость КСУ.46 может быть достигнута при содержании углерода на уровне ~ 0,2 %, фосфора и серы - не более 0,01 и 0,005 % соответственно.

С целью повышения эффективности упрочняющей обработки проката, на ОАО «МК «Азовсталь» была разработана и освоена технология термического упрочнения, заключающаяся в нормализации с частичным ускоренным охлаждением плит в воде в течение 1-3 мин в

1 ПГТУ, канд. техн. наук, доцент

2ОАО «МК «Азовсталь», инженер

2ОАО «МК «Азовсталь», инженер

4ПГТУ, аспирант

зависимости от толщины листа. После кратковременного охлаждения в воде происходит самоотпуск поверхности за счет тепла, аккумулированного центральной частью плиты. Среднестатистические результаты испытаний металла после термического упрочнения для плит различных толщин представлены на рисунке.

Таблица - Влияние химического состава на ударную вязкость стали 70

Фактор химического состава Ударная вязкость КСУ.46, Дж/см2

г Вид уравнения регрессии

С, % -0,53 КСУ_4б=167,7-578,7-%С

Мп, % 0,10 КСУ_4б=52,1+773,5-%Мп

81, % -0,15 КСУ^=55,0-59,5-%81

8, % -0,20 КСУ_4б=50,6-1332,5-%8

Р, % -0,47 КСУ_4б=62,1-1405,5-%Р

И, % -0,10 КСУ_46=51,6-1749,

N1, % 0,27 КСУ_4б=45,5+30,5-%№

Тк % -0,35 КСУ_4б=52,7-1065,5-%Т1

Си,% -0,11 КСУ_4б=46,8-246,6-%Си

А1 (зо1),% 0,10 КСУ_46=40,0+32,5-%А1

Как видно, из графиков, комбинированное (вода-воздух) охлаждение от температур нормализации приводит к значительному повышению ударной вязкости и менее интенсивному увеличению прочностных свойств. Прочностные свойства увеличились в среднем на ~ 20-30 МПа по сравнению с нормализацией. В обоих случаях с увеличением толщины листов наблюдается монотонное снижение Оп з и ов на -30-50 МПа. Относительное удлинение после нормализации и термоупрочнения примерно одинаково и составляет ~ 30 %. Значения ударной вязкости листов указанных толщин после нормализации изменялись в интервале 20-40 Дж/ см".

Рис. - Механические свойства плит из котельной стали 70 А8ТМ 516

л" 450

400

о о

X

о

с 350

250 4-------\—

50 60 70 80 90 100 110 120 Толщина листа, мм ■ Предел текучести, нормализация —Я" Предел прочности, нормализация —О— Предел текучести, т/у —X—Предел прочности, т/у

60 70 80 90 100 110 120 Толщина листа, мм —О—нормализация —о—т/у

Для листов, толщиной от 50 до 100 мм КСУ.50 составляла ~ 20 Дж/ см2, а для листов толщиной 110-125 мм - 40 Дж/см . Такие значения ударной вязкости являются неудовлетворительными. После нормализации с последующим комбинированным охлаждением ударная вязкость увеличилась на ~ 40 Дж/см (примерно в 1,5 раза). Для листов толщиной 60-70 мм достигнуты значения ударной вязкости КСУ.50 = 100 Дж/см , что более чем в 2,5 раза превышает ударную вязкость после нормализации по существующему режиму.

Следует также отметить, что разброс значений ударной вязкости после термического упрочнения усилился и составлял от 40 до 100 Дж/ см . Изменение ударной вязкости с увеличением толщины листов носит немонотонный характер, что более заметно проявляется после ускоренного охлаждения плит: при толщине листа 50 мм - КСУ_5о = 86 Дж/см , а при 56 мм - 42 Дж/ см , затем при 63 мм КСУ_5о=Ю4 Дж/ см , а при 75 мм - 50 Дж/ см и заканчивается при 125 мм значением КСУ.50 = 60 Дж/ см .

Таким образом, комбинированное охлаждение в сравнении с охлаждением на воздухе обеспечивает одновременное повышение ударной вязкости и прочности стали вследствие измельчения зерна феррита. При этом усиливается эффект дисперсионного упрочнения и формируются низкотемпературные продукты промежуточного превращения взамен перлита. Ускоренное охлаждение способствует устранению полосчатости, уменьшению плотности расщеплений, что также оказывает благоприятное воздействие на ряд характеристик [4,5].

Выводы

1. Результаты выполненного анализа позволили откорректировать химический состав стали 70 А8ТМ-516 для сосудов давления: С-0,18-0,20 %; 81-0,20-0,22 %; Мп-1,1-1,2 %; ТЫ),005 %; N-0,005 %; 8<0,005 %; Р<0,01 %.

2. Для исправления неудовлетворительных значений ударной вязкости, полученных после нормализации котельной стали 70 толщиной 50-125 мм, рекомендовано применять тот же режим с комбинированным охлаждением вода-воздух. Нормализация с ускоренным охлаждением обеспечивает существенное повышение уровня ударной вязкости - КСУ.46 > 40 Дж/см . Для листов толщиной 60-70 мм достигнуты значения ударной вязкости КСУ.46 = 100 Дж/см , что более чем в 2,5 раза превышает ударную вязкость после нормализации. При этом прочностные характеристики увеличились на 20-30 МПа. Настоящие исследования могут быть продолжены в направлении разработки новых методов упрочняющей термической обработки, а также изучении ее влияния на ¿-свойства плит.

Перечень ссылок

1. О тенденциях развития сталей для промышленных металлоконструкций в России / П.Д.

Одесский [и др.]// Сталь. - 2000. - №8. - С.57-60.

2. Эффективная ресурсосберегающая технология термомеханического упрочнения проката /

B.И. Большаков [и др.]// Сталь. - 2004. - №6. - С.96-98.

3. Конструкционные материалы будущего / Г.А. Филиппов [и др.]// Сталь. - 2004. - №8. -

C.69-78.

4. Пикеринг Ф.Б. Физическое металловедение и разработка сталей: Пер. с англ. / Ф.Б.

Пикеринг - М.: Металлургия, 1982. - 184 с.

5. Физическое металловедение: Пер. с англ.: в 3-х т. - М.: Металлургия, 1987. - Т. 3:

Физико-механические свойства металлов и сплавов, 1987. - 663 с.

Рецензент: А.М.Скребцов

д-р техн. наук, проф., ПГТУ Статья поступила 05.02.

2007

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.