WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 | 4 |

Таблица Технологические параметры производства НЛЗ, из которых были отобраны образцы для растрового микроскопа ОБРАЗЕЦ ОБРАЗЕЦ Технологический параметр ОБРАЗЕЦ №2 ОБРАЗЕЦ №3 ОБРАЗЕЦ №4 ОБРАЗЕЦ №№1 №ЛПТобщ и неметаллиДефекты КТЗ ЛПТосев КТЗ ЛПТобщ ЛПТосев ческие включения Номер плавки и (марка стали) 355402 (SAE1006) 274356 (35ГС) 276492 (35ГС) 350063 (35ГС) 170835 (SAE1006) C, мас. % 0,05 0,35 0,35 0,34 0,Mn, мас. % 0,37 1,14 1,05 1,10 0,Si, мас. % 0,11 0,65 0,52 0,68 0,Химический состав S, мас. % 0,025 0,020 0,025 0,014 0,стали (в непрерывно- P, мас. % 0,019 0,028 0,014 0,020 0,литой заготовке) Alобщ,мас. % 0,003 0,004 0,005 0,005 0,Oобщ, мас. % 0,0110 0,0037 0,0040 0,0041 0,H, мас. % - 0,0002 - - - N, мас. % 0,012 0,008 0,012 0,012 0,Замечание по технологии выплавки Додувка Додувка Додувка Додувка Додувка на серу 76 с полупродукта в конвертере на температуру 84 с на температуру 150 с на температуру 96 с на температуру 158 с Расход раскислителей и ферроспла- Al – 0,3; Al – 0,3;

Al – 1,4; С – 4,5; Al – 0,6;

вов С – 4,3; С – 4,2;

SiMn – 2,8; SiMn – 12,8; SiMn – 3,6;

на сливе из конвертера, кг/т SiMn – 12,8; SiMn – 12,8;

FeSi – 1,1 FeSi – 3,6 FeSi – 0,FeSi – 8,6 FeSi – 7,Расход порошковой проволоки СК30 250 м (70 кг) 250 м (70 кг) 150 м (40 кг) 250 м (70 кг) 200 м (55 кг) Температура стали после слива 1654 ± 10 1593 ± 10 1594 ± 10 1609 ± 10 1653 ± из конвертера, °С Температура стали после АКП, °С 1590 ± 5 1563 ± 5 1560 ± 5 1565 ± 5 1606 ± Температура стали в промковше, °С 1561…1565 1520…1529 1520…1525 1522…1536 1545…Средняя скорость разливки, м/мин 5,0 4,0 5,1 4,2 5,Средний уровень металла в пром700 ± 10 600 ± 10 650 ± 10 550 ± 10 700 ± ковше, мм Средний удельный расход вторичной 2,2 2,0 2,2 1,8 2,воды, л/кг Кроме того, часть ферросилиция присаживают в АКП для корректировки содержания кремния, что дает основание предположить, что кроме вторичного алюминия, присаживаемого в ковш во время слива, в сталь попадает алюминий из ферросилиция. Взаимодействие усвоенного кальция из порошковой проволоки с оксидами алюминия, кремния и марганца приводит к образованию алюмосиликатов кальция и марганца.

Рис. 1. Съемка оксидного включения во вторичных электронах (Кр – кристобалит, М – родонит), РЭМ, В краевом точечном загрязнении на образце №2 от заготовки из стали 35ГС были обнаружены сложные неметаллическое включения, состоящие из алюмосиликата кальция переменного состава с примесью магния и титана. Наличие в заготовке оксидов титана и магния объясняется использованием в огнеупорах промежуточного ковша магнезиального торкрет-слоя и оксидциркониевых стаканчиков, содержащих TiO2. На поверхности алюмосиликата кальция располагаются тонким слоем сульфиды марганца и кальция. Были обнаружены алюмосиликаты кальция и без сульфидной оболочки.

В трещине и около трещины на образце №3 от заготовки из стали 35ГС не были обнаружены ликваты. Это свидетельствует о том, что трещина образовалась в затвердевшей корочке металла без подпитки её жидким металлом с ликватами из центра заготовки.

Спектральный анализ образца №3 стали 35ГС показал, что в трещине содержатся только оксиды железа, образовавшиеся в результате окисления на воздухе по месту реза. Незалеченные трещины образовались в НЛЗ, по-видимому, в результате термических напряжений, за счет интенсивного вторичного охлаждения (на плавке №276492 удельный расход воды – 2,2 л/кг).

В отдельных трещинах образца №4 (35ГС) были обнаружены сульфиды марганца и железа.

На образце №5 низкоуглеродистой стали марки SAE 1006 с содержанием общего кислорода 97 ppm (плавка 170835) были обнаружены мелкие (2…3 мкм) глобулярные оксисульфидные включения. Неметаллические включения алюмосиликатов или сульфидов в трещине на образце 5 обнаружены не были. Были обнаружены оксиды железа, которые образовались в результате окисления на воздухе по месту реза.

На образце №6 (плавка 355402, сталь SAE1006) около крайней части осевой трещины были обнаружены сульфиды железа и марганца размером около 2…4 мкм.

Непосредственно в самой трещине в крайней её части также найдены комплексные сульфиды железа и марганца. В результате образования осевого дефекта ликвационные полоски и трещины (ЛПТосев) в заготовке во время кристаллизации, скорее всего, происходит образование сульфидов марганца и железа. В образовавшуюся трещину из центра заготовки поступают ликвирующие элементы, к которым относится сера.

После чего в трещине возможно образование комплексных сульфидов (железа и марганца), которые были обнаружены с помощью растровой микроскопии.

При освоении технологии разливки открытой струей сталей разных марок на мениске в кристаллизаторах образуется твердый конгломерат, состоящий из продуктов раскисления и вторичного окисления металла, значительное увеличение объема которого приводит к так называемым шлаковым прорывам кристаллизующейся корочки металла под кристаллизатором. Установлено, что образование конгломерата зависит от степени раскисленности, то есть от содержания кислорода в металле (от активности кислорода в металле), а от отношения [Mn]:[Si] зависит агрегатное состояние фазы (твердая или жидкая).

Из литературных источников следует, что для раскисленнного металла с целью получения жидких включений необходимо выдерживать отношение [Mn]:[Si] более 12 и даже 20. Данные рекомендации следует применять для условий разливки закрытой струей, для разливки открытой струей в мениске кристаллизатора существуют другие условия. То есть необходимо рассматривать для открытой струи реальное содержание кислорода на мениске металла значительно больше, чем в металле промежуточного ковша.

Для того, чтобы рассмотреть особенности процесса раскисления железа кремнием и марганцем, необходимо построить поверхность растворимости компонентов в жидком металле (ПРКМ) для системы Fe–Mn–Si–O в концентрационной области, отвечающей условиям раскисления и легировании железа марганцем и кремнием. На рис. 2 представлена построенная поверхность растворимости компонентов в жидком металле (ПРКМ) для системы Fe–Mn–Si–O.

Рис. 2. ПРКМ системы Fe–Mn–Si–O при 1600 C (точками представлены экспериментальные данные) Связь между количеством вводимых раскислителей и составами равновесных с металлом неметаллических фаз устанавливалась при решении системы балансовых уравнений. Расчет проводили на 1 т исходного металла (до раскисления). Допустим, что раскисление следует провести таким образом, чтобы в равновесии с металлом находились жидкие неметаллические включения (FeO, SiO2, MnO). Сделали следующее допущение для низкоуглеродистой стали SAE1006 ([С] = 0,06 мас. %): содержание углерода в металле приняли равным 0 %, для того чтобы можно было использовать результаты расчета ПРКМ системы Fe–Mn–Si–O. Для каждого из элементов рассматриваемой системы для стали SAE1006 записывали балансовые уравнения для получения при раскислении оксидного расплава.

Построили диаграмму расхода раскисляющих компонентов для больших расходов раскислителей при исходных концентрациях кислорода в стали 0,1 мас. % (см. рис. 3).

Рис. 3. Диаграмма расхода марганца и кремния при заданном [O]исх = 0,1 мас. % По оси абсцисс отложен полный расход кремния, по оси ординат – полный расход марганца. Точки в области I, которая на диаграммах исчезающе мала и ab расположена левее кривой, сливающейся с осью ординат, задают расходы кремния и марганца, обеспечивающие образование в жидком металле твердых растворов оксидов (FeO и MnO); в области II – жидких оксидных включений; в области III – кремнезема. Эти области характеризуют двухфазные равновесия:

«металл – |FeO, MnO|тв.р.» (I), «металл – (FeO, MnO, SiO2)о.р.» (II) и «металл – SiO2» (III). Еще две узкие области характеризуют трехфазные равновесия «металл – |FeO, MnO|тв.р – (FeO, MnO, SiO2)о.р» (область IV) и «металл – (FeO, MnO, SiO2)о.р – SiO2» (область V). Согласно рис. 3 для луча А = 1 в качестве неметаллических включений образуется кремнезем. При расходах меньше определяеD мых точкой также будут для луча А = 2 образовываться кристаллы чистого E SiO2. При расходах больше определяемых точкой будут образовываться включения оксидного расплава (FeO, MnO, SiO2)о.р.. При расходах, определяеDE мых весьма узкими интервалами, будут образовываться включения из оксидного расплава, и кремнезема. Наконец, если отношения количеств марганца и кремния больше четырех (см. лучи А = 4,…А = 7), то в основном при любом количестве введенных раскислителей включения будут жидкими растворами (FeO, MnO, SiO2)о.р..

Из рис. 2 и 3 следует, что при разливке низкоуглеродистых сталей отношение [Mn]:[Si] 3 является критическим и по статистике рост прорывов наступает для данной марки стали при A = [Mn]:[Si] 2,2, то есть термодинамический расчет качественно характеризует реальный процесс образования тугоплавких включений в кристаллизаторе МНЛЗ.

Построенный луч А = 3 соответствует стали SAE1006, которая находится в критической зоне начала образования твердых включений. Таким образом, при отношении марганца к кремнию в низкоуглеродистой стали SAE1006 менее вероятно образование твердых включений.

Дополнительно для теоретического объяснения влияния химического состава металла на образование шлаковой фазы в кристаллизаторе было произведено математическое моделирование отношения [Mn]:[Si] с использованием термодинамического расчета равновесия в системе металл–шлак–газовая фаза. Математическое моделирование отношения марганца к кремнию от 1,5 до 3,3 с шагом 0,1 для различного содержания в металле кислорода и алюминия в стали SAE1006 и 35ГС производили с помощью программы «ГИББС»*. Программа «ГИББС-равновесие» производит расчет состава и массы металла, шлака и газовой фазы.

В результате математического моделирования по программе ГИББС отношения концентрации марганца и кремния для металла, который разливается открытой струей, было установлено следующее:

1. В низкоуглеродистом металле (SAE1006) содержание общего алюминия стремится к нулю (алюминий находится в виде глинозема), а в среднеуглеродистой стали 35ГС доля связанного алюминия составляет 25…40 мас. % от общего содержания алюминия.

2. Определены оптимальные отношения [Mn]:[Si] для различных марок сталей (см. табл. 2).

* Программа ГИББС-равновесие (V.2.0) разработана совместно Московским Институтом Стали и Сплавов и компанией Инновационное Бюро Металлургической Технологии. Группа разработчиков:

Пономаренко Д.А., Косырев К.Л., Котельников Г.И., Толстолуцкий А.А., Съемщиков Н.С., Пономаренко А.Г.

Таблица Рекомендуемые оптимальные отношения [Mn]:[Si] Среднее содержание Рекомендованное отношение [Mn]:[Si] с целью Марка стали углерода в металле, снижения вероятности шлакового прорыва при размас. % ливке открытой струей SAE1008, SAE1006 0,08 Не менее 3,25Г2С 0,27 Не менее 2,35ГС 0,35 Не менее 2,Использование результатов термодинамического расчета фазовых равновесий в системе Fe–Mn–Si–O и расчетов по программе ГИББС позволили теоретически определить требуемое оптимальное отношение [Mn]:[Si] для различного содержания в металле углерода с целью получения жидких шлаковых образований, которые не оказывают влияния на процесс непрерывной разливки стали. Полученные данные термодинамических расчетов хорошо коррелируют с практическими результатами разливки стали на сортовых МНЛЗ. На рисунке 4 представлены статистические данные за 2005-2006 гг. по отношению [Mn]:[Si] и количеству шлаковых прорывов для различных марок стали. Пунктирной линией на рис. 4 показано, при каком значении отношения [Mn]:[Si] в металле начинались шлаковые прорывы.

Рис. 4. Максимальные, минимальные и средние значения отношений [Mn]:[Si] для различных марок стали, разлитой на сортовой МНЛЗ ОАО «ЧМК» за 2005–2006 гг.

Для оценки влияния отношения [Mn]:[S] в стали SAE1006 на её склонность к трещинообразованию выполнен сравнительный анализ на сканирующем микроскопе образцов № 5 (плавка №170835) и №6 (плавка №355402), отобранных из центра литых заготовок, с отношением соответственно 17,7 и 14,8. Осевой дефект ликвационные полоски и трещины (ЛПТосев) для образца №5 составлял 0,5 балла, а для №6 – 2,5 балла. На электронном сканирующем микроскопе JEOL JSM–6460LV определяли химический состав включений и их морфологию, а для определения фазового состава включений использовали дифрактрометр ДРОН–2.

В образце 5 сульфиды в трещинах не обнаружены. В металлической матрице сера присутствует в виде глобулярных оксисульфидных включений диаметром около 3 мкм.

Выполненное исследование на дифрактрометре ДРОН–2 в излучении железного анода наличие в металле сульфидов не показало.

В образце 6 сульфидные включения расположены иначе. В области окончания осевой трещины (10…15 мм от центра заготовки) под микроскопом при увеличении обнаружены комплексные сульфидные включения, располагающиеся в самой трещине и по границам зерен металла. В центральной части осевой трещины сульфидов нет. Сера в центре дефекта ЛПТосев присутствует в виде эвтектических сульфидных включений. Эвтектическая сульфидная фаза имеет вид точек диаметром менее 1 мкм. Как и в образце 5, обнаружены мелкие оксисульфидные включения диаметром 3…4 мкм, только количество таких включений в образце №6 значительно меньше. Таким образом, в исследованных образцах 5 и 6 выявлен различный тип сульфидных включений. В образце 6 с более низким значением [Mn]:[S] (14,8) выявлено наличие преимущественно эвтектических (пленочных) комплексных сульфидов типа (Mn, Fe)S и (Fe, Mn)S, которые являются причиной развития и увеличения дефекта ЛПТосев. В образце 5 с отношением [Mn]:[S], равным 17,7 сульфиды такого типа не обнаружены: сера присутствует в металле в виде глобулярных оксисульфидных включений.

Для условий разливки квадратной заготовки 100100 мм была установлена зависимость интенсивности проявления дефекта осевые ликвационные полоски и трещины (ЛПТосев) от отношения [Mn]:[S]. Для отношения марганца к сере порядка 14–15 значение балла ЛПТосев будет достигать 2,5…3,5, а для отношения [Mn]:[S] = 18 будет составлять не более 1,0 балла.

Проведено исследование по влиянию отношения [Mn]:[S] на образование прорывов в зоне вторичного охлаждения. Экспериментально было установлено, что при отношении равном или менее 21 возможно образование на одной плавке нескольких прорывов на разных ручьях. Поэтому, исходя из практики работы МНЛЗ и проведенного исследования по выбору оптимального отношения марганца к сере, необходимо выдерживать его не менее 22. На рис.5 представлены статистические данные, которые были получены в процессе работы сортовой МНЛЗ ОАО «ЧМК». Пунктирной линией на рис. 5 показано, при каком значении отношение [Mn]:[S] для стали SAE1006 и Ст3сп начинались прорывы в зоне вторичного охлаждения по трещине.

Pages:     | 1 || 3 | 4 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»