Исследование особенностей получения стали с заданным уровнем механических свойств

Размещено на http://www.allbest.ru/

Исследование особенностей получения стали с заданным уровнем механических свойств

Стогний Ю.Д. ассистент, Национальная металлургическая академия Украины, г. Днепропетровск,

Стовпченко А.П. д-р техн. наук, профессор, Национальная металлургическая академия Украины, г. Днепропетровск,

Грищенко Ю.Н. ст. науч. сотрудник, Национальная металлургическая академия Украины, г. Днепропетровск

Аннотации

Проведенные исследования влияния химического состава стали на микроструктуру и механические свойства стали позволили выявить оптимальные соотношения элементов для повышения пластичности стали.

Ключевые слова: низкоуглеродистая катанка, пластичность, микроструктура, механические свойства, раскисление, легирование.

Стогній Ю.Д., Стовпченко Г.П., Грищенко Ю.М. Дослідження особливостей отримання сталі з заданим рівнем механічних властивостей. Проведені дослідження впливу хімічного складу сталі на мікроструктуру і механічні властивості сталі дозволили виявити оптимальні співвідношення елементів для підвищення пластичності сталі.

Ключові слова: низьковуглецева катанка, пластичність, мікроструктура, механічні властивості, розкислення, легування.

Yu.D. Stogniy, A.P. Stovpchenko, Yu.N. Grischenko. Investigation of peculiarities es of producing steel with a given level of mechanical properties. Investigations of effect of chemical composition of the steel on the microstructure and mechanical properties of steel have identified the optimum ratio of elements in order to improve the ductility of steel.

Keywords: low-carbon wire rod, plasticity, microstructure, mechanical properties, deoxidation, alloying.

Постановка проблемы. В настоящее время на мировом рынке наблюдается рост спроса на катанку повышенной деформируемости. В условиях ОАО "ММЗ" производится катанка из особонизкоуглеродистой стали марок C4D и C9D, которая используется для безотжигового волочения в проволоку диаметром до 0,5 мм [1]. Обеспечение готовой продукции высокими эксплуатационными характеристиками требует поиска и внедрения новых технологических параметров на всех стадиях производства.

Анализ последних достижений в данной области. Низкоуглеродистые стали для глубокой вытяжки должны обладать высокими пластическими свойствами, что достигается за счет ультранизких содержаний углерода, и, в то же время, должны обладать достаточно высокими прочностными свойствами, что зачастую достигается оптимизацией состава раскислителей, микролегирующих и модифицирующих добавок. В настоящее время в качестве легирующих добавок широко используются Ti, V и Nb [2], которые способствуют упрочнению металла путем дисперсионного упрочнения и измельчения ферритного зерна. В сравнении с титаном ванадий является более сильным карбидообразующим элементом и способствует росту цементита, что вызывает рост прочности и существенное снижение пластичности и вязкости, что может привести к росту обрывности катанки при волочении. Отмечено, что присадки Cr способствуют некоторому снижению прочностных свойств и увеличению пластических. сталь механический катанка

Включение во внепечную обработку модифицирования кальцием позволяет на порядок улучшить характеристики получаемого металла, так как Ca является мощным модификатором сульфидных и оксидных включений (в частности глиноземных) и способствует формированию глобулярных равномерно распределенных неметаллических включений. Однако недостаточно только оптимизации состава вводимых добавок - для максимального эффекта необходимо обеспечить высокое и стабильное усвоение добавок. Так значительному росту усвоения способствует ввод добавок непосредственно в струю металла во время выпуска из сталеплавильного агрегата в ковш, но тут появляется проблема окисления кислородом воздуха, что может привести к формированию нежелательных примесей [3]. Также большему усвоению способствует вдувание микролегирующих и модифицирующих элементов в ковш в порошкообразном виде.

Цель статьи. Исследование влияния элементов на свойства особонизкоуглеродистой стали для производства катанки и поиск оптимального химического состава, который позволит снизить число обрывов при волочении и обеспечит высокие эксплуатационные характеристики готовой продукции.

Изложение основных материалов исследования. В данной работе проведено исследование влияния химического состава стали на формирование микроструктуры и механические свойства катанки. Исследования проводились на образцах стали марки C4D, которая была выплавлена по схеме дуговая сталеплавильная печь - вакууматор - установка ковш-печь - МНЛЗ. Во время выпуска стали из печи в стальковш присаживался Al, после выпуска стальковш транспортировался на установку вакуумирования, где после набора глубокого вакуума присаживался SiMn73, далее металл передавался на установку ковш-печь, где присаживался чушковый Al и алюминиевый порошок. Наведение шлака осуществлялось порошкообразной известью и плавиковым шпатом. Корректировка состава стали по содержанию кремния производилась ферросилицием ФС 75. Для модифицирования неметаллических включений применяли проволоку с наполнителем FeCa и FeB. Перед отдачей на МНЛЗ производилось загущение ковшевого шлака присадкой магнезита и комовой извести.

Исследования структуры полученных образцов катанки проводились с использованием сканирующего электронного микроскопа JEOL JSM-6490 LV, который позволил определить структуру и состав полученной стали. Определено, что микроструктура образца особонизкоуглеродистой катанки представлена практически чистым ферритом с равномерно распределенными по границам зерен включениями третичного цементита (рис 1), что свидетельствует о высоких пластических свойствах полученной стали.

а) б)

Рис. 1 - Микроструктура образца: а - увеличение 500, б - увеличение 1000

Проведенный анализ характерного вида и интенсивности спектральных линий (рис. 2) показал, что в стали присутствуют малые количества (1%) Si, Cr, Mn. Обнаружено присутствие по границам зерен дисперсных неметаллических включений, которые представлены сульфидами марганца и железа, что свидетельствует о высоком усвоении вводимого кальция и недостаточности вводимых десульфураторов. Выполнен статистический анализ влияния химического состава металла на пластические свойства стали. Отмечено необъяснимое аномальное влияние бора на прочностные свойства - с увеличением концентрации бора с 0,003% до 0,009% падение предела прочности составляет около 15 МПа, и предела текучести до 27 МПа.

На рис. 3 приведена зависимость механических свойств от соотношения B/Nобщ, которая позволяет предположить, что, будучи нитридообразующим элементом, бор связывает часть азота, уводя его из междоузлий, что способствует снижению прочностных характеристик стали. Для достижения требуемого предела прочности следует стремиться к достижению оптимального соотношения B/Nобщ = 0,8 (0,8-1,0), при этом %B должно находится в интервале 0,007 ч 0,009%.

На рис. 4 приведены зависимости интегрированного эквивалента химического состава (Сэ = С + Mn/5 + Si/7 + (Cr + Ni + Cu)/12) на прочностные (а) и пластические (б) свойства металла. Отмечено незначительно падение этих свойств с увеличением содержания трех основных элементов (аналогичный ход зависимостей наблюдается для этих элементов в отдельности).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 4 - Зависимость механических свойств от условного эквивалента химического состава металла

Выводы

По результатам проведенных исследований можно сделать вывод, что для получения особонизкоуглеродистой стали с заданным высоким уровнем пластичности (ув <310 Н/мм 2) необходимо обеспечить низкие содержания углерода, марганца и кремния, содержание бора в пределах 0,007-0,009, а также оптимизировать состав модификаторов для предупреждения формирования по границам зерен сульфидных включений.

Список использованных источников

1. Парусов В.В. Научные и технологические аспекты производства высококачественной катанки / В.В. Парусов, О.В. Парусов, И.Н. Чуйко, А.Б. Сычков // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2010. - №2. - С. 139-145.

2. Голубцов В.А. Повышение эксплуатационных свойств трубной стали путем микролегирования и модифицирования / В.А. Голубцов, В.Е. Рощин, Л.Л. Тихонов, Т.В. Тютева, Т.В. Снегирева и др. // Электрометаллургия. - 2004. - №4. - С. 33-38

3. Стовпченко А.П. Проблема микролегирования стали применительно к получению сварочных проволок / А.П. Стовпченко // Современные проблемы металлургии. Научные труды. Выпуск 1: Днепропетровск, 1999. - С. 133-141.

Размещено на Allbest.ru