CC BY
20
34/
3 (03). 2007 -
ЕТАЛЛУРГИЯ
ж.
It is shown that decrease of stacking density of rolled wire coils on the conveyer of roller "Stelmor" due to increase of speed of the roller sections at the Is' stage of cooling till the maximum value results in stability of rlw strength characteristics.
V
-
В. А. МАТОЧКИН, О. М. КИРИЛЕНКО, Н. И АНЕЛЬКИН,
В. И. ЩЕРБАКОВ, В. В. САВИНКОВ, РУЛ «БМЗ» УДК 669.
ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ФОРМИРОВАНИЯ ВИТКОВ НА СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА КАТАНКИ ПРИ ВЫСОКОСКОРОСТНОЙ ПРОКАТКЕ
Процесс Стелмора, применяемый на большинстве современных проволочных станов, включает в себя охлаждение катанки водой после выхода из чистового блока (1-я стадия) и воздухом в разложенных витках на транспортере (2-я стадия).
На участке водяного охлаждения охлаждающие секции расположены вдоль проводящей трассы на определенном расстоянии друг от друга с промежутками для выравнивания температуры по сечению катанки. После 1-й стадии охлаждения температура катанки на виткообра-зователе составляет 750—950 °С в зависимости от марки стали. Такой режим охлаждения предотвращает в значительной мере рост измельченного в процессе деформации аустенитного зерна и делает сталь более чувствительной к регулируемому охлаждению при фазовых превращениях, происходящих на 2-й стадии охлаждения. В связи с тем что у краев транспортера объем охлаждаемого металла больше, чем в середине, с целью создания условий равномерного охлаждения по окружности витков к краям подается больше воздуха. Скорость охлаждения катанки в зоне продувки зависит от мощности вентиляторов. Интенсивное охлаждение высокоуглеродистой катанки воздушным потоком уменьшает количество доэвтектоидного феррита, выпадающего в процессе превращения. Охлажденная по способу Стелмор высокоуглеродистая катанка имеет структуру, среднюю между структурами, получаемыми воздушным и свинцовым патенти-рованием, что позволяет в ряде случаев исключить операцию патентирования при дальнейшем переделе в сталепроволочном производстве.
Главной особенностью способа улучшения структуры катанки является непрерывное охлаждение ее с температур аустенитизации или окончания горячей деформации. С точки зрения волочения наиболее благоприятная структура обеспе-
чивается при тонкопластинчатом перлите и малом наличии феррита. Разработка режима термической обработки катанки в данной работе проводилась с учетом приближения режима охлаждения и кинетики распада аустенита к изотермическим условиям, как при патентировании в свинцовой ванне.
Проведя анализ работы стана 150 за период с ввода в эксплуатацию по показателям качественных характеристик катанки, используемой для производства кордовых конструкций в условиях РУП «БМЗ» и сравнивая с наиболее оптимальными технологиями, известными в настоящее время, было отмечено, что при существующем оборудовании основным определяющим звеном, отвечающим за физико-механические и микроструктурные свойства, является линия воздушного охлаждения.
Патентирование — разновидность отжига сталей, изотермическая обработка для получения высокопрочной канатной, пружинной проволоки. Проволоку из углеродистых сталей,содержащих от 0,45 до 0,85% углерода, нагревают в проходной печи до температуры на 150—200 °С выше Ас3, пропускают через свинцовую или соляную ванну с температурой 450—550 °С. При выходе из ванны проволока имеет феррито-цементитную структуру с очень малым межпластиночным расстоянием. Ее принято называть сорбитом патентирования и трооститом. Избыточный феррит или вторичный цементит не успевает образоваться и вся структура является квазиэвтектоидной. В получении высокопрочного состояния патентирование играет двоякую роль. Во-первых, благодаря ему проволока способна выдерживать большие обжатия при холодной протяжке без обрывов. Это обеспечивается структурой тонкопластинчатого перлита и отсутствием зерен избыточного феррита. Во-вторых, после холодной пластической деформации феррито-цементитная смесь, в которой межплас-
/гг-fT г/шштгта/ок
- 3 (03). 20071 Ull
тиночное расстояние еще меньше, чем после патен-тирования, обеспечивает сочетание высокой прочности с вязкостью при скручивании и изгибе.
Увеличение скорости охлаждения витков спирали катанки на линии Стел мор и, следовательно, исследование физико-механических и микроструктурных свойств в рамках требований действующей НТД — это основная задача данной работы.
Табли
Для проведения работы использовали сталь марок 70К и 80К с химическим составом, соответствующим требованиям ЗТУ 840-03-2006.
Нагрев заготовок сечением 125x125 мм в нагревательной печи стана 150 осуществляли согласно требованиям табл. 1 ТИ 840-ПЗ-01-2002. Первоначально прокатку заготовок на стане 150 на катанку диаметром 5,5 мм производили по схеме «заготовка—режим» по режимам, приведенным в табл. 1.
ца 1
Номер режима Скорость прокатки, м/с Температура после в/у, °С Производительность вентиляторов, №/% Соотношение воздуха 3-го вентилятора Скорость Стелмора, м/с
бок, % центр, %
1 80-85 855±15 1-2/80 3-7/50 2x40 20 0,80-0,88-0,971,06-1,16
2 1-2/80 3-7/55
3 1-2/80 3-7/60 0,96-1,05-1,151,26-1,30
4 1-2/80 3/50 4-6/70 7/60
Отбор проб катанки осуществляется с каждого бунта (начало и конец), а также проводится исследование равномерности механических свойств и геометрических размеров по длине бунта (начало, конец бунта по витку).
Оценку металлографической структуры катанки производили по ЗТУ 840-03-2006, дополнительно проводили оценку величины зерна (методика «Michelin») и грубопластинчатого перлита в центральной и боковой частях бунта.
Согласно плану работ, по четырем режимам было прокатано восемь заготовок плавки №36126 стали марки 70К, где изменялись производительность вентиляторов и скорость рольганга Стелмор. Результаты металлографических исследований, приведенные в таблице приложения, по величине перлитного зерна, дисперсности грубопластинчатого перлита и обезуглероженного слоя не выявили каких-либо отличий. Прочностные показатели образцов катанки бунтов, прокатанных по режиму №2, а также режима №4 (см. таблицу приложения),
наиболее стабильны и разброс предела прочности не превышает 33 Н/мм2. Однако при подтверждении данных режимов охлаждения катанки во всех случаях разброс прочностных показателей по витку бунта составлял 60—70 Н/мм2. На втором этапе изменялось соотношение потока воздуха 3-го и 4-го вентиляторов в центре конвейера и на краях, где горячие витки укладываются более плотно. Разброс предела прочности по 18 пробам составил 63 Н/мм2.
В дальнейшем была проведена прокатка восьми заготовок на катанку диаметром 5,5 мм плавки №33090 стали марки 80К с изменением скорости рольганга Стелмора с целью уменьшения количества витков на 1 пог. м, что должно было обеспечить более равномерное охлаждение катанки и стабильные физико-механические свойства по длине мотка. В процессе прокатки также изменяли температуру на виткообразователе. Режим нагрева соответствовал требованиям табл. 1 ТИ 840-ПЗ-01-2002. Режимы прокатки приведены в табл. 2.
Таблица 2. Температурно-скоростные параметры прокатки катанки диаметром 5,5 мм плавки
№33090
Номер режима Скорость Вентиляторы Положение
прокатки, м/с Температура после виткообразования, °С № раб. % вкл. Скорость Стелмора, м/с крышек Стелмора
5 85 854 1,2 3 -7 80 65 1,20-1,30-30-1,30-1,35 открыты
6 85 821 1,2 3-7 80 65 1,20-1,30-1,30-1,30-1,35 открыты
7 85 874 1,2 3-7 80 65 1,20-1,30-1,30-1,30-1,35 открыты
8 85 853 1,2 3-7 80 65 0,80-0,90-0,98-1,12-1,20 открыты
Суть эстафеты заключалась в изменении плотности укладки витков. На механические свойства было испытано 144 пробы (по 36 проб на режим). Результаты механических испытаний приведены
на рис. 1. Из рисунка видно, что наиболее приемлемый результат был получен на катанке, прокатанной по режиму №5, где разброс предела прочности составлял 46 Н/мм2.
ос / г.пт* г: ьшгшш
ии/ 3 (43). 2007 -
Номер образца
Режим! ** Режим 2 ~~ - — Режим 3 ----Штатный режим
Рис. 1. Распределение временного сопротивления катанки диаметром 5,5 мм плавки №33090 стали марки 80КС по длине
витка с начала и конца бунтов при различных режимах охлаждения
С целью подтверждения результатов исследо- марки 80К были прокатаны по действующему и вания четыре заготовки плавки №33072 стали опытному режимам (табл. 3).
Таблица 3. Температурно-скоростные параметры прокатки катанки диаметром 5,5 мм плавки
№33072
Номер режима Скорость прокатки, м/с Температура после виткообразования, °С Вентиляторы Скорость Стелмора, м/с Положение крышек Стелмора
№ раб. % вкл.
5 80 855 1,2 3-7 80 65 1,20-1,30 1,30-1,301,35 открыты
Штатный режим 80 868 1,2 3-7 80 65 0,76-0,83-0,91 1,011,10 открыты
Проведены сравнительные испытания (по 72 пробы на режим) механических свойств катанки по длине витка, прокатанной по опытному и штатному режимам (рис. 2). Из рисунка видно, что
разбег предела прочности по длине витка катанки, прокатанной по опытному режиму, не превышал 53 Н/мм2 против 85 Н/мм2, прокатанной по штатному режиму.
4
!\ л, л "\
1 ¿V 1 1 1 л I ✓ / У А л - V А ? \ /
^ \ 1 V А 1 * 1 / \ г г а \ 1 1 У * Г! »
¡1 к •V V' ! •» * * 1 ■■ л 1 V; 1 с 1 ... •1 п V 7 • ■ •• ■■ ■ ... 0 »■ Г 4 .... д ... ■■ )Г .... л '¡К к
1 г \1 V V V г ( 1 А л I \ * /
\ V А / V 1 * ь V А 1 V
! \ * у
/ \
У \1 1 \
ш 2 г л < С 7 :! •? 1; ¡^ ■ ¡- ): ;з ¿2 г:< ¿л Ц 27 Е » И Я й ¡5 » » » : : 4 > " 7 :: 7 ■■■ 11 и ^ 13 1« 7. 13 -Л : 1 :: ■ .... й ь, ^ и
Номер образца I —•— Шгашый режим -»-Оишяый |
Рис. 2. Распределение временого сопротивления по длине двух витков с начала и конца бунтов плавки №33072 стали марки
80КС, прокатанных по штатному и опытному режимам
Анализ результатов показал что режим №5 наиболее подходит для получения более стабильных значений физико-механических свойств катанки диаметром 5,5 мм из кордовых марок стали.
Очевидно, что для получения стабильных прочностных свойств необходимо равномерное охлаждение катанки, что можно достичь путем уменьшения плотности укладки витков на рольганге Стелмора и увеличения мощности вентиляторов. Однако увеличение мощности вентиляторов ограничено в связи с возможным отрывом над транспортером вследствие парусности спирали катанки, что может привести к нарушению технологического процесса. Значит, возможным способом является снижение плотности укладки витков на 1 пог. м на транспортере Стелмора. При увеличении скорости 1-й секции до максимальной, равной 1,3 м/с, количество витков (плотность
г.гтт^ггг^пг.глтт-/»
- 3 (03), 2007I ЧМш
витков) составляет 19 на 1 пог. м вместо 30 витков, получаемых при штатном режиме.
Плотность витков на транспортере по штатному и опытному режимам различная. Время нахождения катанки в зоне вентиляторов одинаково и составляет 37 с. Объем подаваемого воздуха заметно отличается и составляет 654 и 953,6 м3/ч на опытном режиме, а протяженность зоны воздушного охлаждения составляет 31,3 и 44,8 м соответственно.
По установленному режиму №9 были прокатаны пять заготовок плавки №33507, а для сравнения три заготовки по режиму №10, где плотность укладки витков в начальной стадии охлаждения минимальна и составляет 20 витков, а протяженность зоны воздушного охлаждения не изменяется. Распределение предела прочности по витку показано на рис. 3, 4.
Прокатка осуществлялась по режимам, приведенным в табл. 4.
Рис. 3. Распределение предела прочности по длине 6 витков катанки плавки №33507 (температурно-скоростной режим: Г=850 "С; производительность вентиляторов: 1—2=80%; 3—6=65%; скорость Стелмора: 1,30—1,20—1,10—0,8 м/с)
Ж
££
ij
а5 с о.
•Э"
1000 ■
990 •
4 7 о ■ 3 1С 1S 22 ' * 4 4 С 4 7S Но ,v й. Ч Проб ы 2 г к и ,6 * * « г< я а 73 w 81 Of
Рис. 4. Распределение предела прочности по длине 6 витков катанки плавки №33507 (температурно-скоростной режим: /=850 °С; производительность вентиляторов: 1—2=80%; 3—10=65%; скорость Стелмора: 1,30— 1,20— 1,10— 1,20—1,30 м/с)
М1 гг.ш.гжш
I 3 (43), 2007 -
Таблица 4. Температурно-скоростные параметры прокатки катанки диаметром 5,5 мм плавки
№33507
Номер режима Скорость прокатки, м/с Температура после виткообразования,°С Вентиляторы Скорость Стелмора, м/с Положение крышек Стелмора
№ раб. % вкл.
9 85 851 1,2 3-7 80 65 1,30-1,20-1,10-1,00,80 открыты
10 85 851 1,2 3-10 80 65 1,30-1,20-1,15-1,001,30 открыты
По длине бунта с начала и конца были отобраны 200 проб длиной по 210 мм для определения временного сопротивления.
Результаты испытаний показали, что разброс предела прочности катанки, прокатанной по режиму №10, составляет 47 Н/мм2 против 100 Н/мм2, прокатанной по режиму №9. Очевидно, что минимальная плотность витков по всей длине транспортера при увеличенной зоне воздушного охлаждения позволяет получать стабильные прочностные характеристики по длине витка в пределах ±25 Н/мм2.
С целью подтверждения результатов было прокатано восемь заготовок плавки №33865 ста-
ли марки 70К, где изменялась только температура на виткообразователе в пределах 855—900 °С.
На механические свойства по длине витка было испытано 200 проб катанки. Результаты испытаний (рис. 5, 6) показали, что разброс предела прочности по 6 виткам катанки, прокатанной при температуре 855 °С, не превышает 60 Н/мм2, а при температуре 900 °С — не более 50 Н/мм2. Но в первом случае было выявлено 10 выпадов предела прочности за верхние пределы от требований ЗТУ 840-03-2006. Отметим, что среднее значение предела прочности во всех случаях составляет 1108 Н/мм2, что на 53 Н/мм2 больше от номинального значения, равного 1055 Н/мм2.
1140 ИЗО 1120" 1110 1КХ1 1 090 1080 1070 1060 1050 1040 1030 1020 1010 1000 990 980 970
Верхний гсредся временного еоиропшлеяиж но ЗТУ 840-03-2001
Ж
н
л,
.15.
н
г<
-Г--
-Л
Ч
Нижний предел времешюго согцх^гивлетшя по ЗТУ 340-03-2001
Номер обрмэма
Рис. 5. Распределение предела прочности катанки по длине 4 витков с начала и конца бунта плавки №33865 стали марки 70К (Г=855 °С; производительность вентиляторов: 1—2=80%; 3—10=65%)
1140 1130 1120 1110 1100 1090
I 1080
® 1070 5 1060
| 1050 н" 1040
ё 1030
о
1020 1010 1000 990 980 970
1} 3 5- 7 9 11 13 15 17 1Э 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 2 4 6 8 10 12 14 16^18 20 22 24 26 28 30 32 34 3£ 36 40 42 44 4{3 43 50
Номер пробы
А
п
Рис. 6. Распределение предела прочности по длине витка катанки диаметром 5,5 мм плавки №33865 (Г=900 °С; производительность вентиляторов: 1—2=80%; 3-10=65%)
/:гтт:г г: гг^7пг.глггггт:п/зд
3 (43). 2007)
В дальнейшем было прокатано десять заготовок плавок № 33942, 34257 с различной производительностью вентиляторов (табл. 5).
Результаты испытаний показали, что разброс предела прочности катанки, прокатанной по режи-
Таблипа 5. Температурно-скоростные параметры прокатки катанки диаметром 5,5 мм плавок
№ 33942, 34257
му №11, составляет 58 Н/мм2 против 72 Н/мм2, прокатанной по режиму №12. Снижение интенсивности воздушного охлаждения не приводит к улучшению стабильности прочностных свойств катанки, хотя среднее значение соответствует номинальному (1055 Н/мм2).
Номер режима
Номер плавки
Скорость прокатки, м/с
Температура после виткообразования, °С
Вентиляторы
№ раб.
% вкл.
Скорость Стелмора, м/с
Положение крышек Стелмора
11
33942
855
1,2 3-10
80 55
80
12
34257
855
1,2 3
4-10
80 65 55
1,30-1,20-1,101,20-1,30
открыты
Из анализа распределения относительных частот по пределу прочности катанки, прокатанной при температуре 900 и 855 "С плавки № 33865 стали марки 70К, а также пределу прочности катанки плавки №34257 (рис. 7—9), видно, что наибольшая центровка получена на результатах катанки, прока-
танной по режиму при температуре 900 "С. В целях проведения металлографического исследования в лабораторию JIM были представлены образцы опытных бунтов катанки диаметром 5,5 мм плавки № 33865 стали марки 70К, прокатанных при различной температуре на виткообразователе. Исследования
Рис. 7. Распределение относительных частот по пределу прочности катанки диаметром 5,5 мм плавки №33865 (температурно-скоростной режим: 7^=855 °С; производительность вентиляторов: 1—2=80%; 3—10=65%; скорость Стелмора: 1,30—1,20—1,10—
1,20—1,30 м/с)
Рис. 8. Распределение относительных частот по пределу прочности катанки диаметром 5,5 мм плавки №33865 (температурно-скоростной режим прокатки: 7^=900 °С; производительность вентиляторов: 1-2=80%; 3—10=65%; скорость Стелмора: 1,30—1,20—
1,10—1,20—1,30 м/с)
40/
г,r: Tts.i: ттлтп'п
3 (43). 2DHL
Рис. 9. Распределение относительных частот по пределу прочности катанки диаметром 5,5 мм плавки №34257 (температурно-скоростной режим прокатки: Т =855 °С; производительность вентиляторов: 1—2=80%; 3=65%; 4-9=55%; скорость Стелмора: 1,30-1,20-1,10-1,20-1,30 м/с)
величины перлитного зерна и величины ОБС проводили по методике фирмы «Рп-еШ». Результаты исследований, приведенные в табл. 6, показали, что величина зерна, дисперсность перлита и ОБС находятся на одном уровне и отличий не имеют. С целью
составления базы данных для проведения статистического анализа по основным показателям качества катанки и полученной из нее проволоки было принято решение провести опытную прокатку 10 плавок каждой марки стали.
Таблица 6. Результаты микроструктурного анализа плавки 33865 по методике «Pirelli»
Температура виткообразователя, °С Номер образца Величина зерна, балл ОБС ДП, % х500
центр. поверхн. разность средн. по 8 сектор., балл отдельн.макс. сектор, балл макс, глубина, мкм
855 1 8 6 2 1,6 2 50 9
2 8 6 2 1,5 2 60 8
3 8 6 2 1,75 2 50 7
4 8 6 2 1,5 2 30 8
900 5 8 6 2 1,6 2 50 10
6 8 6 2 1,6 2 40 9
7 8 6 2 1,75 2 60 10
8 8 6 2 1,6 2 40 11
Выводы
1. Показано, что уменьшение плотности укладки витков катанки на транспортере рольганга Стелмора за счет увеличения скорости секций рольганга на первой стадии охлаждении до максимального значения приводит к стабильности прочностных по-
казателей, так как по бокам спирали катанки становится меньше горячих точек соприкосновения.
2. Разброс прочностных показателей по длине витка катанки кордовой марки стали, прокатанной по опытному температурно-скоростному режиму стали, не превышает ±30 Н/мм2.
_ïx.TrC: г: г,г:7гштгг:п / пл
- 3 МЭ), 2007 / 41
Приложение
В лаборатории проводили микроструктурный анализ стали марки 70К плавки № 36126 на поперечных образцах согласно плану работ НТУ JIK 03-2002. Оценку дисперсности перлита проводили при увеличении 1000. Обезуглеро-женный слой оценивали по методике фирмы MICHELIN. Величину действительного зерна оценивали по ГОСТ 1778.
Результаты микроструктурного анализа плавки №36126
Номер образца Производительность вентиляторов, % Скорость Стелмора, м/с ПЛ, балл Зерно у поверхности, балл Зерно в центре, балл ОБС, мм Дисп., % Механические свойства (по витку)
а„ Н/мм2 % S5, %
1нс 1-2/80 3-7/50 0,80-0,880,97-1,061,16 2,5 8 7 0,07 8 1058 40 14,5
1нб 2,5 8 7 0,05 10 1012 40 17
1кс 3,0 8 7 0,06 7 1070 42 15,5
1кб 3,0 8 7 0,05 10 1066 43 17
2нс 2,0 8 7 0,05 5 1054 39 13
2нб 2,0 8 7 0,05 7 1060 37 15
2кс 2,0 8 7 0,06 7 1080 45 15
2кб 2,0 8 7 0,05 6 1070 45 17
Д 5 68 8 4
Знс 1-2/80 3-7/55 3,0 8 7 0,05 4 1086 47 15
Знб 3,0 8 7 0,05 7 1090 43 17
Зкс 3,0 8 7 0,05 8 1080 41 14,5
Зкб 3,0 8 7 0,05 7 1079 41 14,5
4нс 3,0 8 7 0,05 5 1066 41 16
4нб 3,0 8 7 0,04 5 1087 45 17
4кс 2,0 8 7 0,05 7 1082 41 17
4кб 2,5 8 7 0,06 5 1099 41 16
Д 4 33 6 2,5
5нс 1-2/80 3-7/60 0,96-1,051,15-1,261,30 2,0 8 7 0,04 6 1099 44 16
5нб 2,0 8 7 0,05 7 1070 41 14,5
5 кс 1,5 8 7 0,05 4 1057 40 15,5
5кб 1,5 8 7 0,05 6 1045 46 13,5
6нс 1,5 8 7 0,04 6 1066 41 17
бнб 2,0 8 7 0,04 5 1062 41 17
бкс 2,5 8 7 0,04 6 1074 41 15,5
6кб 2,5 8 7 0,05 6 1033 41 15
Д 3 66 6 3,5
7нс 1-2/80 3/50 4-6/70 7/60 3,0 8 7 0,04 10 1070 38 13,5
7нб 3,0 8 7 0,04 10 1078 46 14
7кс 2,0 8 7 0,05 8 1075 42 13
7кб 2,0 8 7 0,04 8 1066 43 15
8нс 2,0 8 7 0,06 7 1066 41 13
8нб 2,0 8 7 0,06 10 1058 48 14
8 кс 2,0 8 7 0,04 10 1053 39 15
8кб 2,5 8 7 0,06 8 1045 38 14
3 33 10 1,5
