Влияние режима мягкого обжатия на макроструктуру непрерывнолитых слябов разной толщины Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

МЕТАЛЛУРГИЯ СТАЛИ

УДК 621.74.047

Басак И.О., Столяров A.M., Мошкунов В.В., Казаков A.C.

ВЛИЯНИЕ РЕЖИМА МЯГКОГО ОБЖАТИЯ НА МАКРОСТРУКТУРУ НЕПРЕРЫВНОЛИТЫХ СЛЯБОВ РАЗНОЙ ТОЛЩИНЫ

Аннотация. В статье приведены результаты исследования влияния параметров режима мягкого обжатия непре-рывнолитых слябов толщиной 190, 250 и 300 мм, отлитых на одноручъевой МНЛЗ криволинейного типа с вертикальным участком, на качество макроструктуры заготовок.

Ключевые слова: МНЛЗ, криволинейный тип, вертикальный участок, мягкое обжатие, сляб, толщина, макроструктура, качество.

В кислородно-конвертерном цехе ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» эксплуатируется одноручьевая слябовая МНЛЗ криволинейного типа с вертикальным участком фирмы «SMS Demag». На машине с металлургической длиной 34,2 м используется кристаллизатор высотой 900 мм с поддерживающей системой из роликов снизу на раме кристаллизатора. Базовый радиус МНЛЗ равен 11 м, а высота вертикального участка составляет около 2,7 м. Зона вторичного охлаждения состоит из 15 сегментов. На участке с 6-го по 15-й сегмент возможно осуществление мягкого обжатия слябовой заготовки для улучшения качества макроструктуры осевой части непрерывнолитого сляба. Эффективность мягкого обжатия заготовки существенным образом зависит от правильности выбора места приложения обжатия по длине технологического канала МНЛЗ. Согласно рекомендациям фирмы-изготовителя оборудования выбор рационального места технологического канала МНЛЗ для мягкого обжатия заготовки должен осуществляться следующим образом. По расчетным данным, выдаваемым динамической системой управления вторичным охлаждением непрерывнолитой заготовкой, определяется номер сегмента зоны вторичного охлаждения, в котором заканчивается затвердевание металла. Мягкое обжатие сляба рекомендуется производить в предыдущих двух сегментах горизонтального участка МНЛЗ. Отливаемые слябы могут иметь толщину 190, 250 и 300 мм, а также ширину от 1400 до 2700 мм. На начальном этапе освоения технологии наиболее востребованными для прокатного передела оказались слябы толщиной 300 и 250 мм и лишь затем была опробована технология отливки самых тонких слябов толщиной 190 мм. В настоящей работе приводятся результаты исследования влияния параметров режима мягкого обжатия слябовой заготовки разной толщины на качество макроструктуры отлитого металла.

Для изучения особенностей внутреннего строения непрерывнолитых заготовок толщиной 190, 250 и 300 мм, отлитых с применением мягкого обжатия, были отобраны поперечные темплеты в процессе разливки низкоуглеродистой низколегированной трубной стали. Данные о среднем содержании химических элементов в разлитом металле приведены в табл. 1.

Таблица 1

Химический состав разлитого металла

Химический элемент Среднее содержание в металле сляба толщиной (мм) химического элемента, %

190 250 300

Углерод 0,07 0,10 0,08

Кремний 0,36 0,42 0,32

Марганец 1,67 1,39 1,54

Сера 0,002 0,004 0,002

Фосфор 0,009 0,011 0,008

Хром 0,16 0,06 0,09

Никель 0,03 0,07 0,15

Медь 0,04 0,09 0,13

Алюминий 0,04 0,04 0,04

Ниобий 0,05 0,04 0,05

Азот 0,005 0,005 0,005

Из представленных данных видно, что непре-рывнолитые слябы разной толщины были отлиты из металла, химический состав которого различался незначительно.

В табл. 2 показаны данные об основных параметрах разливки слябовых заготовок различной толщины.

Для исследования качества отлитых непрерывно-литых слябов по их продольной оси вырезались поперечные темплеты. Подготовка всех темплетов заключалась в проведении стандартных операций:

- фрезерования для снятия слоя металла, подвергшегося высокотемпературному воздействию огневого реза машины газовой резки;

- шлифования для выравнивания поверхности темплета;

- травления в горячем 50 %-ном растворе соляной кислоты.

После этого производилась оценка качества макроструктуры металла согласно ОСТ 14-4-73. Макроструктура литого металла оценивалась по степени развития следующих дефектов:

- осевая рыхлость (ОР);

- осевая химическая неоднородность (ОХН);

- осевые трещины (ОТ);

- трещины, перпендикулярные граням сляба (ТП);

- трещины, перпендикулярные широким граням сляба (ТПШ);

- трещины, перпендикулярные узким граням сляба (ТПУ);

- трещины гнездообразные (ТГ);

- точечная неоднородность (ТН).

Степень развития дефектов оценивалась с использованием четырехбалльных шкал.

Для оценки величины перегрева металла в промежуточном ковше МНЛЗ были рассчитаны значения температуры ликвидус по следующей формуле фирмы-изготовителя оборудования:

= 1536 - 88[С]-ВМ-5[Мп]~ 25М-- 30р]-1,5[0 ]- 4[м]- 5[Сп]~ 1,7[Л/],

где [С], [я], [Мп], [£ 1 [Р] [Сг], [№], [Си 1 [Л1 ] -

содержание в разливаемой стали углерода, кремния, марганца, серы, фосфора, хрома, никеля, меди и алюминия, %.

190

250

300

Основные параметры разливки металла

Таблица 2

Параметр Значение параметра для сляба толщиной (мм)

190 250 300

Ширина сляба, мм 1560 - 1950* 1645 1560 - 2600* 2000 1560 - 2700* 2500

Температура металла в промежуточном ковше, °С 1535 - 1545* 1541 1521 - 1554* 1537 1529 - 1552* 1538

Скорость вытягивания сляба, м/мин 0,9 - 1,2* 1,1 0,9 - 1,1* 1,0 0,75 - 0,83* 0,80

Номера сегментов с обжатием сляба 8 и 9; 9 и 10 10 и 11; 11 и 12; 12 и 13; 13 и 14 12 и 13; 13 и 14

Величина общего обжатия (ГЪ), мм 4,2 - 4,7* 4,5 4,0 - 6,3* 5,2 2,9 - 5,6* 4,8

Количество исследованных темплетов, шт. 19 94 102

* Числитель - интервал изменения, знаменатель - среднее значение.

В результате расчета были получены следующие значения:

515-1519 1510-1526 1512-1524 1518 1516 1518 23 21 20

Толщина сляба, мм Температура ликвидус, °С: интервал изменения среднее значение Средняя величина перегрева металла в промежуточном ковше над температурой ликвидус, °С

Средние значения величины перегрева металла при отливке слябов разной толщины различались незначительно.

Автоматизированной системой МНЛЗ производится расчет длины лунки жидкого металла внутри заготовки для того, чтобы выбрать участок технологического канала, на котором необходимо производить мягкое обжатие заготовки. На рис. 1 представлена зависимость расчетной длины лунки жидкого металла внутри слябов различной толщины от скорости вытягивания заготовок из кристаллизатора. Из этого рисунка следует, что с увеличением толщины отливаемой заготовки возрастает протяженность лунки жидкого металла. Средние значения длины лунки в слябах толщиной 190, 250 и 300 мм составили соответственно 20,6; 28,2 и 29,8 м. При увеличении толщины сляба со 190 до 300 мм в 1,58 раза протяженность лунки возрастает в 1,45 раза, что объясняется преобладанием увеличения продолжительности затвердевания заготовки над снижением скорости вытягивания заготовки. Самый широкий диапазон изменения длины лунки в слябах толщиной 250 мм равен 6,5 м, что существенно выше, чем в слябах толщиной 190 мм (3,5 м) и 300 мм (3,9 м). Это объясняется наибольшей величиной интервала изменения температуры металла более широкого марочного сортамента в промежуточном ковше, составившей 33 °С (см. табл. 2).

35 2 33 | 31

Л 29 ^

о 27

0

£ 25

1 23 | 21

| 19

Й 17

15

0,7 0,8 0,9 1 1,1 1,2 1,3

Скорость вытягивания сляба, м/мин

Рис. 1. Зависимость расчетной длинылунки жидкого металла от скорости вытягивания слябов разной толщины (цифры на поле рисунка)

Широкий интервал изменения длины лунки в слябах толщиной 250 мм предопределил наибольшее количество вариантов (четыре) выбора номеров сегментов зоны вторичного охлаждения для осуществления мягкого обжатия заготовки (см. табл. 2). На рис. 2 приведены данные о частоте случаев использования

Раздел 3

73,7

78,4

различных сегментов зоны вторичного охлаждения МНЛЗ для мягкого обжатия непрерывнолитых слябов толщиной 190, 250 и 300 мм. Заготовки толщиной 190 мм чаще всего обжимались в 8 и 9 сегментах, толщиной 300 мм - в 12 и 13 сегментах, а толщиной 250 мм - примерно одинаково в 11 и 12, а также в 12 и 13 сегментах.

90 80

о

Ш

0 70

ш

1 ^ 60

О

8 8 50

° ГО

£ £ 40

^ с

Ш о

£ 30

о о

¡Е 20

О

10

0

47,9

3,2

3,2

_ _ 1ЛЛ

Ш

8,9 10,11

10,11 11,12 12,13 13,14 12,13 Номера сегментов ЗВО МНЛЗ

13,14

- 190 мм;

□ -

250 мм;

- 300 мм

3,5

6,5

талла в кристаллизаторе до входа в первый сегмент, где начиналось мягкое обжатие, к расчетной длине лунки жидкого металла внутри заготовки; П3, оценивающего место окончания мягкого обжатия и равного отношению расстояния от поверхности металла в кристаллизаторе до выхода из второго сегмента, где закончилось мягкое обжатие, к расчетной длине лунки жидкого металла внутри заготовки; П4 и П5, характеризующих долю обжатия сляба (%) соответственно в первом и втором смежных сегментах ЗВО МНЛЗ. Расчетные значения параметров режима мягкого обжатия приведены в табл. 3.

Таблица 3

Значения расчетных параметров режима мягкого обжатия слябов

Рис. 2. Данные о частоте случаев использования различных сегментов зоны вторичного охлаждения МНЛЗ для мягкого обжатия непрерывнолитых слябов толщиной 190, 250 и 300 мм

При анализе влияния величины общего обжатия П1 на качество макроструктуры слябов выявлена убывающая зависимость степени развития осевой химической неоднородности (ОХН, баллы) в слябах толщиной 250 мм от величины мягкого обжатия (П\, мм) (рис. 3):

ОХН = 1,94-0Д04Д, г = -0,240; г005 = 0,205. (2)

Параметр Значение параметра для сляба толщиной (мм)

190 250 300

1Ъ 0,73 - 0,81* 0,76 0,74 - 0,96* 0,83 0,81 - 0,89* 0,84

Пз 0,93 - 1,02* 0,97 0,90 - 1,1* 0,99 0,96 - 1,05* 1,0

Гк % 51 47 37

Пз, % 49 53 63

* Числитель -чение.

интервал изменения, знаменатель - среднее зна-

4 4,5 5 5,5 6

Величина общего обжатия сляба, мм

Рис. 3. Зависимость степениразвития дефекта «Осевая химическая неоднородность» от величины общего обжатия сляба толщиной 250 мм

Согласно данной статистически значимой зависимости увеличение величины мягкого обжатия способствует снижению степени развития осевой химической неоднородности в слябах толщиной 250 мм.

В работе были рассчитаны значения нескольких параметров режима мягкого обжатия: П2, характеризующего расположение места начала мягкого обжатия и равного отношению расстояния от поверхности ме-

Из табл. 3 видно, что мягкое обжатие слябов толщиной 190 мм начиналось раньше, чем других слябов. Оно производилось в среднем на 76 % длины лунки жидкого металла, в то время как слябов толщиной 250 и 300 мм - на 83-84 % длины. Максимальные значения параметра П3 при отливке слябов всех толщин превышают единицу, что свидетельствует о позднем окончании обжатия, когда заготовка была уже полностью затвердевшей. Известно [1-4], что это может привести к появлению высоких напряжений внутри сляба и увеличить степень развития внутренних трещин. Подтверждением этого является линейная зависимость степени развития трещин, перпендикулярных граням заготовки (ТПГ, баллы), от величины общего обжатия П\ (мм) слябов толщиной 300 мм: ТПГ = 0,185Д + 0,219, г = 0,226; г005 = 0,205. (3)

На рис. 4 представлены результаты оценки качества макроструктуры слябовой непрерывнолитой заготовки разной толщины.

Наименьшая степень развития осевой рыхлости и осевой химической неоднородности наблюдается в слябах толщиной 300 мм, а наибольшая - в самых тонких слябах толщиной 190 мм. Это может объясняться менее отлаженной технологией мягкого обжа -тия, так как отливка заготовок толщиной 190 мм началась значительно позже и была произведена в относительно небольшом объеме. Кроме того, мягкое обжатие таких слябов приходится производить не на горизонтальном участке (начинается с 10-го сегмента ЗВО) технологического канала, как это рекомендуется фирмой-изготовителем оборудования, а на участке разгибания заготовки вследствие меньшей протяжен-

ности лунки жидкого металла. Это снижает эффективность уплотнения осевой части заготовки и даже может приводить к увеличению степени развития гнездообразных трещин (см. рис. 4), особенно в случае запаздывания места приложения обжатия.

2,0

■а

(D Ч

1,5

; |=i,o

! « Iю

! 0,5

>

!

; 0,0

0,65 Ï

190

250 300

Толщина отлитого сляба, мм

но-

осевая рыхлость;

осевая химическая неоднородность; трещина, перпендикулярная граням; трещина гнездообразная

правильный выбор участка технологического канала

МНЛЗ для приложения мягкого обжатия заготовки.

Список литературы

1. Мошкунов В.В., Столяров A.M. Использование мягкого обжатия непрерывнолитого сляба на криволинейной МНЛЗ с вертикальным участком // Теория и технология металлургического производства: Межрегион. сб. науч. тр. Вып. 10. Магнитогорск: ГОУВПО «МГТУ»,. 2010. С. 57-62.

2. Мошкунов В.В., Столяров A.M., Казаков A.C. Определение длины лунки жидкого металла в непрерывнолитых слябах из трубной стали с использованием эффекта «искусственного раздутия» заготовки // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2012. №1 (37). С. 24-26.

3. Мошкунов В.В., Столяров A.M., Казаков A.C. Снижение осевой химической неоднородности трубной стали в результате мягкого обжатия непрерывнолитого сляба // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2012. №2 (38). С. 24-25.

4. Столяров A.M., Мошкунов В.В., Казаков A.C. Мягкое обжатие слябов при разливке трубной стали на криволинейной МНЛЗ с вертикальным участком. Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова, 2012. 116 с.

Рис. 4. Результаты оценки качествамакроструктуры слябовой непрерывнолитой заготовкиразной толщины

Таким образом, в результате проведенного исследования установлено, что для получения высокого качества макроструктуры непрерывнолитого сляба различной толщины решающим фактором является

Сведения об авторах

Басак Ирина Олеговна - студент каф. металлургии черных металлов института металлургии, машиностроения и ма-териалообработки, ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова». E-mail: mchm@magtu.ru

Столяров Александр Михайлович - д-р техн. наук, проф. института металлургии, машиностроения и материалообра-ботки, ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И.Носова». E-mail: mchm@magtu.ru

Мошкунов Владимир Викторович - канд. техн. наук, инженер лаборатории непрерывной разливки стали ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат».

Казаков Александр Сергеевич - канд. техн. наук, ведущий специалист лаборатории непрерывной разливки стали, ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат».

1,6

1,5

1,4

1,3

3

1,2

1,1

0,8

INFORMATION ABOUT THE PAPER IN ENGLISH

THE INFLUENCE OF SOFT PRESSING OUT CONDITIONS ON THE MACROSTRUCTURE OF CONTINUOUSLY CAST SLABS OF DIFFERENT THICKNESS

Basak Irina- Student of ferrous metallurgy department of the Institute of metallurgy, machinebuilding and material processing, Nosov Magnitogorsk State Technical University. E-mail: mchm@magtu.ru

Stolyarov Alexander- D. Sc. (Eng.), Professor of the Instituteof metallurgy, machinebuildinf and material processing, Nosov Magnitogorsk State Technical University. E-mail: mchm@magtu.ru

Moshkunov Vladimir- Ph. D. (Eng.), an engineer of the laboratory of continuously cast steel in the joint-stock company "Magnitogorsk Iron and Steel Plant."

Kazakov Alexander- Ph. D. (Eng.), a leading specialist of the laboratory of continuously cast steel in the joint-stock company "Magnitogorsk Iron and Steel Plant".

Abstract. In this article the authors give the research results of the influence of soft redaction continuously cast slabs with thickness 190 mm, 250 mm and 300 mm cast in the single-streamed continuous casting machine with a vertical section on the quality of the macrostructure of half-finished products.

Keywords: Continuous casting machine, a curvilinear type, soft reduction, a slab, thickness, macrostructure, quality.

♦ ♦ ♦