CC BY
16
В1СНИК ПРИАЗОВСЬКОГО ДЕРЖАВНОГО ТЕХН1ЧНОГО УН1ВЕРСИТЕТУ 2007 р. Вип.№17
УДК 621.771:658.562 Фролова З.В.1, Шебаниц М.Ю.2, Хлестов В.М.3
О СВЯЗИ УГЛЕРОДНОГО ЭКВИВАЛЕНТА ШРИПСОВЫХ СТАЛЕЙ С КРИТИЧЕСКОЙ ТОЧКОЙ Аг3
Дифференциальным термическим методом определена точка Аг3 ряда штрипсоеых сталей. Экспериментальные значения Аг3 сопоставлены с расчетными и с углеродным эквивалентом Сэ. Показано, что между Сэ и Аг3 отсутствует какая-либо определенная связь, а известная эмпирическая формула расчетного определения Аг3 нуждается в существенной корректировке.
Углеродный эквивалент стали (Сэ) используется технологами-прокатчиками в качестве одного из исходных данных, предопределяющих температурные параметры чистовой стадии контролируемой прокатки (КП). Так, в технологических инструкциях ЛПЦ-3000 температура начала и окончания чистовой прокатки задается в зависимости от величины Сэ и толщины готового штрипса. Поскольку Сэ характеризует свариваемость стали, а не какие-либо другие ее свойства [1], то неясно, насколько обосновано и целесообразно такое его использование в прокатном производстве, когда требуется в горячекатаном изделии получить особо мелкозернистую структуру и высокие значения прочности, вязкости и пластичности.
Формирование конечной микроструктуры в штрипсах в значительной мере предопределяется положением температурного интервала чистовой прокатки по отношению к критической точке Аг3 [2,3] - температуре начала выделения феррита из аустенита.
В связи с этим целью настоящей работы является экспериментальное и расчетное определение точки Аг3 и ее сопоставление с Сэ штрипсовых сталей
Эксперименты были проведены на семи марках сталей. Чтобы данные, полученные в лаборатории, могли действительно соответствовать температуре начала выделения феррита из аустенита в промышленных условиях, образцы толщиной 12 мм, вырезанные из литых слябов, обрабатывали на специальной установке [4] по типовому режиму черновой прокатки (рис. 1). После нагрева при 1160 °С их прокатывали за 7 обжатий в интервале 1040-960 °С до толщины 3 мм и затем охлаждали в микропечи со средней скоростью 0,7 °С/с (с такой скоростью после черновой прокатки на стане 3000 подстуживаются до температуры чистовой прокатки подкаты толщиной 50 мм). При этом на диаграммной ленте высокочувствительного потенциометра ЛКС4-003 записывали дифференциальную кривую охлаждения по сигналу термопар, зачеканенных в образец и эталон. На рис.2 показан основной фрагмент такой кривой, имеющей температурные засечки через каждые 10 °С и очень четкий излом при температуре точки Аг3, что позволяет определить эту точку с точностью не ниже ±5 °С. Средние значения (из 3-х опытов) точки Аг3 округленные до 5 °С, химический состав исследованных сталей и их Сэ приведены в таблице 1.
Сопоставление приведенных в табл.1 значений Сэ и Аг3 показывает, что между этими величинами отсутствует какая-либо определенная связь. В одних случаях с уменьшением Сэ точка Аг3 как-будто повышается (стали 4 и 5), в других наоборот, - понижается (стали 2 и 3), или практически не изменяется (стали 1 и 5), В связи с этим возникает вопрос, насколько обоснованным является использование Сэ штрипсовых сталей при назначении температурного интервала их чистовой прокатки. Более менее понятна прямая связь между величиной Сэ и температурой завершения чистовой стадии прокатки (Ткд): ниже Сэ - ниже Ткд, выше Сэ - выше и Ткд.
1 ПГТУ, канд.техн.наук, доцент
2 ОАО ММК им.Ильича, инженер
3 ПГТУ, канд.техн.наук, доцент
Рис.1 - Режим обработки образцов при определении точки Аг3
Рис.2 - Фрагмент дифференциальной термической кривой
Таблица 1 - Химический состав исследованных сталей, их углеродный эквивалент Сэ и значения
точки Аг3
№ Марка Содержание элементов* в % по массе Сз Аг3
С Мп 81 N1 Мо № V
1 06Г2МФБ 0,06 1,53 0,23 0,02 0,185 0,040 0,064 0,37 775
2 08Г2МФБ 0,08 1,69 0,22 0,01 0,01 0,061 0,057 0,38 755
3 07Г2МФБ 0,07 1,65 0,23 0,03 0,21 0,052 0,072 0,43 765
4 10Г2МФБ 0,10 1,72 0,19 0,02 0,01 0,058 0,057 0,41 735
5 09Г1ФБ 0,9 1,33 0,20 0,02 0,01 0,038 0,048 0,33 775
6 06Г2МФБ 0,06 1,69 0,31 0,21 0,22 0,08 0,053 0,42 760
7 12Г1ФБ 0,12 1,38 0,25 0,02 0,01 0,029 0,065 0,37 770
Содержание Сг и Си - 0,01-0,02 %; 8 - 0,004-0,006 %: А1 - 0,31-0,39 %; Л - 0,0
4-0,018 %.
Очевидно, это связано с тем, что Сэ определяется химическим составом стали. С уменьшением содержания углерода и легирующих элементов понижается не только Сэ, но и прочность стали, поэтому для получения требуемого уровня прочности изделий необходимо понижать температуру окончания прокатки, чтобы увеличить долю упрочнения за счет наклепа. Наоборот, при возрастании Сэ упрочнение в большей мере происходит за счет углерода и легирующих элементов, в связи с чем можно уменьшить долю упрочнения от наклепа и, следовательно, повысить Ткд изделий.
Что же касается назначения температуры начала чистовой прокатки (Тнд), то с точки зрения формирования микроструктуры и механических свойств изделий учет технологами Сэ совершенно не обоснован, так как Сэ не имеет определенной связи с точкой Аг3, которая совместно с температурой деформации определяет микроструктуру, образующуюся в процессе деформации и при охлаждении изделия после деформации [2]. По-видимому, технологи при назначении Тнд руководствуются тем, что нельзя допустить снижения производительности прокатного стана. В связи с этим они не редко задают Тнд, которое лежит на 30-50 °С ниже Аг3. В таких случаях в подкатах до начала их чистовой прокатки может выделиться 25-55 % крупнозернистого феррита [5], что приводит к получению разнозернистой структуры с резко выраженной полосчатостью. Напротив, если Тнд несколько превышает Аг3, то в стали формируется гораздо более однородная и дисперсная микроструктура.
Из вышеизложенного следует, что целесообразно назначать Тнд на 20-40 °С выше точки Аг3. В связи с этим технологам-прокатчикам было бы весьма полезно умение быстро определять точку Аг3 для каждой конкретной плавки штрипсовой стали, подвергающейся контролируемой прокатке. Ясно, что экспериментальный метод для условий производства непригоден, поэтому необходимо использовать расчетный метод для определения Аг3. Еще 25 лет назад для малоуглеродистых низколегированных сталей была предложена формула [6]:
Аг3 = 910 - 310С - 80Мп - 80Мо - 55№ -20Си - 15Сг + 0,35(1-8),
(1)
где С, Мп, Мо, №, Си, Сг - содержание элементов в % по массе;
I - толщина (от 8 до 30 мм) охлаждаемого листа, мм.
В табл.2 сопоставлены экспериментальные и расчетные значения Аг3. Видно, что экспериментальные и расчетные данные хорошо согласуются в тех сталях, в которых практически нет молибдена (стали 2,4,5 и 7). В сталях, легированных молибденом, расчетные и экспериментальные значения точки Аг3 существенно (на 20-35 °С) отличаются. В связи с этим возникло сомнение в том, что Мо также сильно, как и Мп, понижает Аг3, хотя в двойном сплаве с Бе он значительно повышает ее.
Таблица 2 - Экспериментальные и расчетные значения точки А3 штрипсовых сталей в °С
Сталь 1 2 3 4 5 6 7 Примечание
Аг3(1) 775 755 765 735 775 760 770 Эксперимент
АГ3(2) 753 749 735 737 774 727 769 Расчет по формуле (1)
Аг3(3) 774 750 762 737 775 755 770 Расчет по формуле (2)
Элементарный подсчет показывает, что если коэффициент перед Мо в формуле (1) изменить с -80 на + 50, то расчетные и экспериментальные данные и для штрипсовых сталей, содержащих Мо, согласуются вполне удовлетворительно (табл.2). Таким образом, для инженерно-технологических целей точку Аг3 можно быстро рассчитать по эмпирической формуле:
Аг3 = 910 - 310С - 80Мп - 55№ - 20Си - 15С г + 50Мо + 0,35(1-8) (2)
Рассчитанные по формуле (2) значения Аг3 целесообразно использовать при разработке режима чистовой прокатки, прежде всего при определении температуры ее начала, а также при анализе микроструктур в изделиях, изготовленных по технологии КП.
Выводы
1.Углеродный эквивалент Сэ и критическая точка Аг3 штрипсовых сталей не имеют друг с другом какой-либо определенной связи.
2.Для обоснования температурного интервала чистовой прокатки необходимо использовать Аг3 и Сэ: Аг3 - для определения температуры начала, а Сэ - для определения температуры конца этой прокатки.
3.С точностью, достаточной для решения инженерно-технологических задач, точку Аг3 штрипсовых сталей можно определять расчетом по уточненной эмпирической формуле.
Перечень ссылок
1 .Голъдштейн М.И. Специальные стали /М.И.Голъдштейн, С.В.Грачев, Ю.С.Векслер. - М.: МиСИС, 1999.-408 с.
2Матросов Ю.И. Сталь для магистральных трубопроводов /Ю.И.Матросов, Д.А.Литвиненко, С.А.Голованенко. - М.: Металлургия, 1989. - 289 с.
3 Хулка К. Взаимосвязь между микролегированием, обработкой и свойствами листовой трубной стали /К.Хулка // Доклады международной научно-технической конференции «Азовсталь 2002». -М.: Металлургиздат, 2004. - С.43-47.
4 Хлестов В.М. Превращение дефомированного аустенита в стали !В.М.Хлестов, Г.КДорожко. -Мариуполь: ПГТУ, 2002. - 407 с.
5 Хлестов В.М. Особенности формирования микроструктуры в штрипсовой стали при чистовой стадии контролируемой прокатки /В.М.Хлестов, М.Ю.Шебаниц //Вюник Приазов. держ. техн. унту: 36.наук. пр. - Мар1уполь, 2007. - Вип.17. - С. 42-46.
6.0uchi С. The Microstructure and Design off Steel / C.Ouchi, T.Sampei, I.Kozasu II Iron and Steel Inst.Japan.- №22,- 1982. - P.214-222.
Рецензент: Ф.К.Ткаченко д-р техн. наук, проф., ПГТУ
Статья поступила 31.01.2007
