Изучение возможности оптимизации технологии производства стали марки 08Ю с содержанием углерода менее 0,02% Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

Металлизация доменных шламов с удалением цинка

БА.Никифоров, В.А.Бигеев, С.К.Сибагатуллин идр.

я

ГС

&

I-

X

О

X

о

Суммарный тепловой эффект эндотермических реакций равен 1838,45 кДж/кг = 7,72 ккал/кг.

На рис. 2 и 3 приведены результаты температурных режимов печи Таммана в сборе с установкой цин-коулавливания.

В результате лабораторных исследований выявлено, что цинк наиболее эффективш удаляется в температурном интервале от 820 до 835°С, его концентрация в цинкосодержащем продукте (представляющем собой вторичный продукт улавливания) составляет 2332% (цинк находится в оксидной форме), протекание химических реакций наблюдается в первые 30... 35 мин металлизации

Подготовка доменных шламов с предваригель-ным восстановлением и извлечением цинка даёт:

- уменьшение потребности в привозном же -лезорудном сырье за счёт повышения доли шламов в шихте агломерационных фабрик;

- увеличение производительности доменных печей за счёт исключения образования настылей на футеровке;

- снижение удельшго расхода кокса на производство чугуна за счёт улучшения рас-

Изменение газовой среды в печи Таммана

Время, мин.

Рис. 3. Результаты замерагазовой среды в печи Таммана

пределения материалов и газов в печах, работающих без настыли; уменьшение затрат на ремонт печей вследствие исключения необходимости прове -дения работ по удалению настылей; исключение необходимости захоронения шламов, уменьшение загрязнения окружающей среды;

получение цинкового продукта для реализации.

УДК 669.1

Г. А. Куницын, А. П. Буданов, В. Л. Корнилов, П. А. Стеканов, А. В. Горбунов, Д. В. Шерстобитов

ИЗУЧЕНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ОПТИМИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА СТАЛИ МАРКИ 08Ю С СОДЕРЖАНИЕМ УГЛЕРОДА МЕНЕЕ 0,02%

Холоднокатаные стали для особо глубокой вытяжки используются везде, где предъявляются высокие требования к деформируемости и качеству поверхности металла. Основной областью применения этих сталей является автомобильная промышленность.

Наибольшая доля поставок холоднокатаного металла предприятиям автопрома производится по ГОСТ 9045-93.

При производстве холоднокатаного металла марки 08Ю с содержанием углерода в интервале

0,006-0,02% наблюдается укрупнение зерна феррита до 4 номера и увеличение цементита до 3 балла (требование ГОСТ 9045-93 оговаривает ве-личину равноосного зерна в пределах 6-9 номера и величину зерна цементита не крупнее 2-го бал-

ла). Поэтому металл с баллом цементита более 2 не отгружается потребителю по прямому заказу. Кроме этого, дрессировка металла с укрупненным номером зерна феррита приводит к ухудшению пластических свойств металла из-за нарушения оптимального соотношения величины зерна фер-рига и величины обжатия при дрессировке.

Целью настоящей работы является разработка технологии производства стали марки 08ю с содержанием углерода менее 0,02% в пределах регламентации ГОСТ 9045-93.

Для решения этой проблемы был собран массив данных по 170 плавкам, прокатанных вЛПЦ-10, и проведена их статистическая обработка с использованием метода случайного баланса [1], так как он обладает большой разрешающей

Таблица 1

Содержаниехимических элементов в стали

С Мп Б Р Сг І\ІІ Си АІ N2

0,0075-0,02 0,165-0,21 0,015-0,020 0,006-0,013 0,01-0,03 0,02-0,04 0,02-0,05 0,035-0,055 0,004-0,007

способностью, позволяющей выделить раздельно доминирующие эффекты среди очень большого числа факторов, взятых для исследования.

В качестве исследуемых факторов были использованы (табл. 1):

- технологические параметры горячей про-

катки: температура посада слябов в методические печи (нижний предел - 210°С, верхний - 570°С); температура конца прокатки (нижний предел - 870-878°С, верхний - 895-905°С); температура смотки (нижний предел -540-545°С, верхний - 560-565°С); относительные обжатия в последних 12-й и 13-й клетях (нижний предел - 3032%, верхний - 39-41%);

смотка полосы по группам моталок (нижний уровень - 1 моталка, верхний- 2 моталка);

- технологические параметры

холодной прокатки: суммар-

ное обжатие при холодной прокатке (нижний уровень -49-51%, верхний - 65-68%).

В качестве параметров оптимизации установлены величины зерен феррита и цементита.

Обработка данных, проводимого по методу случайного баланса, не требует каких-либо особых приемов - здесь могут быть использованы обычные, хорошо известные методы статистического анализа, когда результаты экспериментов представлены в терминах не регрессионного, а факторного анализа [1].

На рис. 1, 2 представлены диаграммы полученных результатов по определению влияния выше пере -

численных факторов на величину зерна феррита и балла цементита.

Производя ранжирование факторов , влияющих на величину зерна феррита и балла цементита, получены следующие зависимости (рис. 3, 4).

По оси абсцисс отложены факторы в порядке убывания их ранга,

по оси ординат - суммарный вклад, вносимый в общую дисперсию данным фактором и всеми менее значимыми факторами.

На основании проведенного факторного ана-лиза установлено, что основным фактором, влияющим на формирование величины зерна фер-рига и цементита, является содержание углерода в стали

Для подтверждения данных, полученных при проведении обработки методом случайного ба-

10

я

а

я я

£ « а а

3 ^

и й

а

О

+1.2

-0.6

+0.3

+0.1

+0.01 +0.5

+0.4

17

6.

.3

6.

+ С - + Мп - +8 - + Р - + Сг -

У ровни факторов

+ № -

+Си ■

+ А1 -

+ N2 -

+ А1 / N2

+ -ю -

пасада в методическую печь

+ - к.пр -

+ - см -

В

&

о

<*!

Р В

* I

Й &

Уровни факторов +0.98—--------+027-

+ Е13

Уровни факторов Рис. 1. Диаграмма результатов наблюдений по уровням факторов

2.4

§

^ 2

а из 1.6

8

§ £ 12

5 15 12

« | 0.8

£ §

55 Я 0.4

л

О п

-0 8

-1.4

-----

-Е4

-0.25

-0.12

-0.64 -0.58

4

1.2 1.2 94 2. .03 1.15 8

.0 8. .0 8 .0

со .0

+ С - + Мп - +Б - + Р - + Сг -

Уровни факторов

+ N1 ■

+Си -

л

и

а

2.4 2 : 1.6

э ю

^ ей

§ к 1.2

<э н

М X § ^0.8 § &

& 0.4

о

0

Ш 2.4 а

2

а а § 152 1.6

£ б § ^ 1.2 <Э Н М Ил. к о 0.

I & 0.4

о

+ А1 - + N2 - + А1 / N2 - 10 пасада в

методиче-

Уровни факторов с^ую печь

+ 1 кпр -

+ Е13

+ Е хол. пр

Уровни факторов Рис. 2. Диаграмма полученных данных по уровням факторов

0

+ I СМ -

ланса, была проведена статистическая обработка вышеперечисленных факторов методом корре -ляционного анализа [2], по ре -зультатам которой получены еле -дующие уравнения регрессии:

ВЗФ = 5,86 + 35,45 С,

при этом р-1еуе1=0,000021,

где ВЗФ - величина зерна феррита, номер; С - содержание углерода в стали

БЗЦ = 2,41 - 81,7 С,

при р-1еуе1 = 0, 00001,

где БЗЦ - величина зерна цементита, баллы.

В процессе производства стали марки 08Ю с низким содержанием углерода было обращено внимание на микроструктуру холоднокатаного металла, которая отличается от микроструктуры стали 08Ю с содержанием углерода 0,02% и более. С увеличением зерна феррита отмечается увеличение балла цементита при неизменных температурно-

скоростных режимах горячей прокатки. Цементит расположен редкими колониями с достаточно крупным размером (до 3 балла).

Это объясняется тем, что в сталях ^ с низким содержанием углерода отсутствует возможность равномерного распределения зароды-шеобразования цементита из растворенного углерода (из-за недостаточного количества углерода). Величина цементита выражена тем сильнее, чем меньше имеется частиц зародышеобразования цементита во время рекристаллизационного отжига.

С целью установления корреляционной зависимости между величиной зерна и баллом це -ментита проведена статистическая обработка данных на 170 плавках. Установлена следующая зависимость, выраженная уравнением регрессии:

ВЗФ = 6,98 - 0,6 ВЗЦ.

При этом:

коэффициент корреляции (г) составил - 0,70; дисперсия коэффициента корреляции - 0,04;

1 расч = -17,5; 1 табл = 3,29 с вероятностью а = 0,99.

Отсюда 1 расч > 1габ.

Таким образом, установлена корреляционная связь между размером зерен феррита и цементита.

Условия конца горячей прокатки и способ охлаждения горячекатаных полос влияют на величину и однородность зерна феррита, а также на величину, форму и распределение выделенно-го цементита, а тем самым и на механические свойства полос. Температура конца прокатки значительно влияет на конечную величину и од-нородность зерна. Для достижения оптимальной микроструктуры полосы необходимо, чтобы температура конца прокатки была выше температуры превращения Ас3, т.е. последние проходы приходились бы на область температур однофазной аустенигной структуры, так как конечная величина зерна зависит от величины зерен аустенига перед рекристаллизацией

Величина зерна феррита

120

100

80 -

3 Ё §60

о

- 40 -I

20 -

Факторы

Рис. 3. Ранжирование факторов по степени ихвлияния сформирование величины зерна феррита

Величина зерна цементита

м ^

Факторы

Рис. 4. Ранжирование факторов по степени ихвлияния наформирование величины зерна цементита, оцененного в баллах

Другим технологическим параметром, которым можно в производственных условиях воздействовать на величину рекристаллиюванных зерен, является суммарная степень деформации при холодной прокатке. Для достижения оптимальной величины рекристаллизованного зерна и необхо-димых вытяжных свойств существует оптимальная степень холодной деформации В сталях, раскисленных алюминием, эта деформация составляет 50-72%. При суммарной деформации более 72% сильно измельчается рекристаллизованное зерно; благодаря этому нормальная анизотропия механических свойств отожженного металла увеличивается в направлении прокатки и уменьшает -ся в поперечном направлении [3].

С целью получения оптимальной однородной величины зерна в стали с низким содержанием

углерода было изготовлено не -сколько опытных плавок с содержанием углерода 0,0075-0,01% при увеличении температуры конца прокатки до 930°С вместо 860-890°С и суммарных обжатий при холодной прокатки на 5-10% относительно существующих. Полученные результаты по микроструктуре и механическим свойствам холоднокатаного металла пред -ставлены в табл. 2.

Из табл. 2 следует, что повышение температуры конца горячей прокатки с 890 до 930°С и увеличение суммарного обжатия до 5% относительно существующей технологии холодной деформации в полной мере не обеспе -чивают микроструктуру в преде-лах требований ГОСТ 9045-93.

Также известно [3], что в нестареющих сталях, раскисленных алюминием, большое значение имеет температура полосы перед смоткой в рулон. При этом полоса должна быть быстро охлаждена и свернута в рулон при температуре 550-600°С. Быстрое охлаждение горячекатаных полос тормозит выпадение нитрида алюминия из твердого раствора, так как максимальная скорость их выпадения находится в области температур 750-850°С. Нитриды алюминия выпадают лишь после последующей холодной прокатки и рекри-сталлизационного отжига. На процесс выпадения нитридов алюминия во время горячей прокатки влияет также и температура нагрева слябов, которая должна быть ниже чем 1150°С, так как при температуре выше 1150°С происходит полное растворение нигрвда алюминия в аустениге.

В связи с тем, что нагрев слябов в методических печах ЛПЦ-10 находится в интервале температур 1240-1280°С, выделить в слябе нигрвд алюминия из аустенига не представляется возможным, поэтому была предпринята попытка увеличить температуру смотки полосы до 610-630°С с тем, чтобы часть нитридов алюминия выделить из твер-дого раствора в процессе горячей прокатки и при последующем рекристаллизационном отжиге холоднокатаных рулонов, обеспечить процесс торможения роста зерна за счет блокировки их нитридами алюминия.

0

Таблица 2

Микроструктура и механические свойства стали марки 08Ю с низким содержанием углерода

Плавка Размер, мм Т к.пр, °С Обжатие 12-13кл., % Обжатие при хол. прок., % М еханические свойства М икроструктура

СТ т, н/мм2 Ств, н/мм2 54, % ВЗФ ВЗЦ

221393 3,3/1,5 х 1250 903 30,3 54,5 150-155 285-295 43-44 4-3 (6) 2А

4,1/2,0 х 1250 890 20,5 52,5 155-160 290-295 43-44 4-3 (6) 2А

2,9/1,2 х 1220 910 29,9 58,6 170-175 290-295 38-39 6-7 (5) 2А

224152 3,1/1,2 х 1440 910 935 33,6 61,3 150-155 285-290 41-44,5 6 (5) 2А

223458 4,8/2,5 х 1245 905 940 26.5 47,9 200-205 285-295 43,5-44 6 (5) 2а

324309 2,8/0,8 х 1231 911 36,0 71,4 155-160 280-295 39,0-41,5 6 2А-1в

Для определения влияния нитридного механизма на формирование зерна феррита по технологическому переделу ЛПЦ-10- ЛПЦ-5 была изготовлена опытная плавка 127214 марки 08Ю размером 2,6^1312 мм. Основные технологические параметры горячей и холодной прокатки, а также полученные результаты по микроструктуре и механическим свойствам холоднокатаного металла представлены в табл. 3.

Из табл. 3 следует, что использование ниг-рвдного механизма не обеспечивает микроструктуру с величиной феррита 6-9.

Заключение

1. В вакуумированной стали марки 08Ю с содержанием углерода менее 0,02% в процессе рекристализационного отжига холодноката -ных рулонов отмечается тевденция к укрупнению зерна феррита и цементита.

2. При существующей технологии основным фактором, влияющим на величину зерна феррита и балл цементита, является содержание углерода в стали

Повышение температуры конца прокатки с 890 до 930°С и увеличение суммарного об -жатия полос в процессе холодной прокатки до 5% не обеспечивают оптимальной однородной структуры.

4. Использование нитридного механизма с це-лью блокировки зерен феррита в процессе их роста при ре кристаллизационном отжиге в ис -следуемых пределах температуры смотки (610-630°С) не обеспечивает равномерной структуры.

5. Для обеспечения микроструктуры в холод -нокатаной стали марки 08Ю требованиям ГОСТ 9045-93 необходимо установить нижний предел содержания углерода

0,02%.

Таблица 3

Микроструктура и механическиесвойства пл.127214

Размер С, % 1 к.пр, °С 1 см., °С Об. 12 13кл., % Об. хол. прок., %. М еханические свойства М икроструктура

СТ Т02, н/мм2 СТВ, н/мм2 54, % ВЗФ БЦ

2,6/0,95х 1312 0,01 876- 888 610- 630 32,8 63,5 183 305 39,0 5-6 1А

3.

Библиографический список

1. Налимов В.В., Чернова Н.А. Статистические методы планирования экстремальных экспериментов. М.: Наука, 1965.

2. Длин А.М. Математическая статистика в технике. М.: Сов. наука, 1969.

3. Дедек Вл. Полосовая сталь для глубокой вытяжки. М.: Металлургия, 1970.