Повышение пластичности среднеуглеродистых марок стали при температурах прокатки

УДК 669.183:621.771

Д. С. Езупенок, Д. Ж. Исакова, Г. Б. Нургалиева, П. О. Быков

Павлодарский государственный университет имени С. Торайгырова, г. Павлодар

ПОВЫШЕНИЕ ПЛАСТИЧНОСТИ СРЕДНЕУГЛЕРОДИСТЫХ МАРОК СТАЛИ ПРИ ТЕМПЕРАТУРАХ ПРОКАТКИ

В статье представлены результаты исследований на возможность повышения пластичности стали при температурах прокатки за счет реализации третичного охлаждения непрерывно-литой заготовки.

Ключевые слова: пластичность стали, третичное охлаждение, непрерывно-литая заготовка, металл, температура прокатки.

Одним из перспективных и дешевых методов повышения качества поверхности сортового проката из конструкционных сталей является способ улучшения структурного состояния и пластических свойств металла, за счет реализации третичного охлаждения непрерывнолитых заготовок (НЛЗ) [1].

Однако имеющихся данных по влиянию третичного охлаждения на формирование структуры поверхности стальных заготовок и промышленной реализации данного способа недостаточно, что требует дальнейшего изучения данного вопроса [2].

В работе была поставлена задача, исследовать возможность повышения пластичности стали при температурах прокатки за счет реализации третичного охлаждения НЛЗ.

Для исследования была выбрана сталь 65Г, которая широко используется при производстве сортового проката, в частности помольных шаров.

Из теоретического анализа установлено, что в зависимости от скорости охлаждения структура стали может формироваться в виде перлита, сорбита, троостита, бейнита и мартенсита.

В результате проведенного теоретического анализа диаграммы состояния Fe - Fe3C для среднеуглеродистых сталей (подобной стали 65 Г) при охлаждении и нагреве с различной интенсивностью установлено, что повышенную пластичность стали при температурах прокатки обеспечивает наличие мелкозернистого аустенита, для образования которого при а^у - превращении, наиболее благоприятной исходной структурой стали является структура имеющая наибольшее протяженность границы раздела феррита и цементита внутри одного зерна, т.к. именно на границе феррита и цементита происходит зарождение зерен аустенита. Учитывая дисперстность перлита (толщину пластинок феррита и цементита в зерне стали), по степени благоприятности для дальнейшего процесса прокатки возможные структуры семейства перлита можно выстроить в следующем порядке: перлит - сорбит - троостит - бейнит.

Задачей экспериментального исследования являлось выявление влияния технологических параметров охлаждения на формирование структуры поверхности стальных заготовок и оценка пластичности полученных образцов при температуре прокатки.

На первом этапе проводили моделирование процесса третичного охлаждения непрерывнолитых заготовок. Моделирование процесса третичного охлаждения проводили на образцах размером 10*10*20 мм из стали 65 Г.

Варьируемыми (независимыми) переменными в экспериментальных исследованиях являлись: начальная температура образца Х1 (Тн, 0С) и температура охлаждающей воды Х2 (Тв, 0С). Также для сравнения получали образцы с охлаждением на воздухе, которые моделировали традиционную технологию получения непрерывнолитых заготовок без третичного охлаждения.

Параметром оптимизации Y являлась величина зерна стали по ГОСТ 5639-82. Также контролировались твердость по Роквеллу (HRC) и дисперсность перлита (наличие перлита, сорбита, троостита, бейнита).

Начальная температура образца (Тн, 0С) варьировалась в пределах 900-1000 0С, что соответствует области температур поверхности заготовки НЛЗ на выходе из ТПУ МНЛЗ (рекомендуется в пределах 900 - 950 0С).

Температура охлаждающей воды (Тв, 0С) варьировалась в пределах 10-50 0С.

Экспериментальные исследования проводили в следующей последовательности:

1) Перед началом эксперимента одновременно нагревали все стальные образцы до температуры 1000 0С и выдерживали 20 минут для протекания всех аллотропических превращений.

2) Готовились две емкости с водой (по 5 литров в каждой, что обеспечивало изотермические условия на протяжении всего эксперимента) с температурой 10 и 50 0С соответственно.

3) При температуре 1000 0С в печи из нее извлекались 6 заготовок (три группы по две заготовки), которые в дальнейшем охлаждались по запланированным режимам.

4) Остальные заготовки охлаждались вместе с печью до 900 0С и в дальнейшем также извлекались из печи и охлаждались по запланированным режимам.

Полученные образцы подвергали металлографическим исследованиям. Микроструктурный анализ стали проводили на металлографическом микроскопе Метам 32 с увеличением в 100 ^ 1000 раз. Перед исследованием образец шлифовали, полировали и подвергали травлению. Для полировки использовали алмазную пасту. Для травления использовали 2 % раствор азотной кислоты в этиловом спирте.

Результаты экспериментов приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Результаты экспериментов по моделированию процесса третичного охлаждения НЛЗ

№ образца Начальная температура образца Тн,, °С Температура охлаждающей воды Тв, °С Величина зерна стали по ГОСТ 563982, балл Дисперсность перлита Твердость, HRC

1 900 10 8 Бейнит 69

1' 900 10 8,5 Бейнит 70

2 1000 10 7,5 Бейнит 63

2' 1000 10 7,0 Бейнит 64

3 900 50 6 Перлит 62

3' 900 50 7 Перлит 63

4 1000 50 6 Перлит 61

4' 1000 50 5 Перлит 62

5 900 Воздух (20 0С) 5 Перлит 52

5' 900 Воздух (20 0С) 5 Перлит 53

6 1000 Воздух (20 0С) 4 Перлит 50

6' 1000 Воздух (20 0С) 4 Перлит 51

Из полученных данных сделан вывод, что величина зерна стали при охлаждении водой имеет более высокий балл по сравнению с традиционной технологией с охлаждением на воздухе. При этом, балл величины зерна стали растет с уменьшением температуры охладителя и температуры поверхности образца стали. Также видно, что наиболее благоприятная структура стали (бейнит) будет образовываться при температуре охладителя 10 0С и температуре образца в пределах 900-1000 0С. Учитывая, что производственными регламентами на разливку стали на МНЛЗ, температура поверхности НЛЗ на выходе из ТПУ должна быть не более 950 0С, то можно сказать, что в производственных условиях для обеспечения наибольшей эффективности процесса третичного охлаждения температура охладителя должна быть в пределах 10 0С.

Обработка результатов экспериментов проводилась методом регрессионного анализа, в пакете прикладных программ Microsoft Office Excel.

Принимая начальную температуру образца (Тн, 0С) за Х1 и температуру охлаждающей воды (Тв, 0С) за Х2 получили уравнение регрессии для определения величины зерна Y (балл по ГОСТ 5639-82) для стали 65Г

у =17,69-

Был определен коэффициент детерминации, который имеет значение R2 = 0,87, что показывает на хорошую сходимость результатов.

Далее была проверена адекватность модели, рассчитан критерий Фишера и сверен с табличными данными.

Расчетный критерий Фишера Fр = 0,42, что меньше Fтабл.

Таким образом, можно сделать вывод об адекватности модели.

На втором этапе экспериментов провели качественную оценку технологической пластичности образцов при температуре прокатки НЛЗ (1000 - 1250 0С). Для этого проводили испытание образцов на осадку полученных на первом этапе экспериментов по ГОСТ 8817-73.

Пластичность металла определяли по внешнему виду образца после испытания (появление поверхностных дефектов).

Испытания проводили при динамической нагрузке. Для технологической пробы использовали пневматический ковочный молот М125.

Для испытания на осадку в горячем состоянии нагрев образцов производили в муфельной печи, нагретой до температуры 1010 = 5 °С. Время выдержки нагретых образцов составило 20 минут. С учетом потерь тепла при транспортировке образцов от печи к деформирующему оборудованию можно считать температуру начала испытания 1000 °С.

Из полученных данных сделан вывод, что образец, имеющий более высокий балл зерна, после нагрева под осадку имеет высокую пластичность, а с увеличением балла зерна пластичность несколько снижается.

Таким образом, обработка полученных результатов позволила сделать вывод о возможности повышения пластичности стлаи при температурах прокатки за счет реализации третичного охлаждения НЛЗ в технологической линии МНЛЗ.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1 Improvement of the Third Cooling for the Cast Bloom that Reduces the Surface Cracks on Rolled Billet / M. Saito, T. Yatai, I. Fuji et al. // SEAISI Quarterly Journal, 2008. - 37. - № 4. - P. 35-39.

2 Быков, П. О., Батталов, Ж. Т. Предпосылки совершенствования технологии производства непрерывнолитых заготовок из стали 65 г. - Материалы международной научной конференции молодых ученых, студентов и школьников «XIII Сатпаевские чтения». Т. 12. - Павлодар : Павлодарский государственный университет имени С. Торайгырова, 2013. - С. 47-48.

Материал поступил в редакцию 15.12.14.

Д. С. Езупенок, Д. Ж. Исакова, Г. Б. Нургалиева, П. О. Быков

Илемдеу температурасы кезшдеп орташакем1ртект1 болат маркаларынын илемдштн арттыру

С. ТораЙFыров атындаFы Павлодар мемлекетлк университет^ Павлодар к.

Материал 15.12.14 баспаFа тусть

D. S. Еzupenok, D. Zh. Isakova, G. B. Nurgalieva, P. О. Bykov Increasing plasticity of medium steels at rolling temperatures

S. Toraighyrov Pavlodar State University, Pavlodar.

Material received on 15.12.14.

Мацалада узджаз-куйма дайындамаларыныц yшiншi салцындатылуын илемдеу температурасымен жузеге асыру есебтде болаттыц илемдшгт арттыру мумктджтерЫц зерттеу нэтижелерi усынылган.

The article presents the results of studies on the possibility of increasing the elasticity of increasing the elasticity of the steel at rolling temperatures through the implementation of tertiary cooling of the continuosly cast bullet.

УДК 669.02/.09

Д. Г. Жанзаков, Ж. С. Жумаш, Т. Н. Романов, А. В. Богомолов

Павлодарский государственный университет имени С. Торайгырова, г. Павлодар

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Статья посвящена проблеме совершенствования конструкции металлургического оборудования по производству стальных бесшовных труб для нефтегазовой отрасли.

Ключевые слова: металлургическое оборудование, стальные бесшовные трубы, нефтегазовая отрасль.

ТОО «KSP Steel», первое казахстанское предприятие по производству стальных бесшовных труб для нефтегазовой отрасли, отличается широкой номенклатурой металлургического оборудования. В частности для производства гильз - полых трубных заготовок используется прошивной стан поперечно-винтовой прокатки.

Почти во всех групповых приводах станов винтовой прокатки в шестеренных клетях применяются зубчатые передачи шевронного типа. Опыт эксплуатации таких шестеренных клетей показал, что при работе интенсивно изнашиваются и часто ломаются зубья только одной части шестерни и колеса (со стороны электродвигателя), другая же половина шестерни и колеса практически не изнашивается. Кроме того, недостаточно работоспособны шпиндельные устройства, рассчитанные по передаваемому ими моменту [1, с. 130].

Как известно, при прошивке заготовок рабочие валки воспринимают осевые усилия, противоположные направлению прокатки. Величина этих усилий достигает 25-35 % от общего усилия металла на валки. Под действием осевых усилий рабочий валок смещается в сторону шестеренной клети, так как практически во всех известных конструкциях рабочих клетей в системе рабочий валок - кассета - барабан - станина имеются значительные зазоры. Считалось,