50 лет МНЛЗ

Анализ влияния изменения расходов воды в ЗВО на характер формирования макроструктуры слябов из перитектических марок

Горяинова Т.В. ОАО «Алчевский металлургический комбинат»

Превращение жидкой фазы в твердую происходит путем кристаллизации, которая связана с отводом тепла от жидкости и явлением переохлаждения. Состояние переохлаждения для некоторых расплавов может быть тем больше, чем оно меньше по абсолютной величине. Иногда переохлажденное состояние расплава может сохраниться неопределенно долго. Затвердевание непрерывнолитого слитка подчиняется тем же закономерностям, что и слитка, отливаемого в изложницу [1].

Однозначного решения вопроса о причинах возникновения и степени влияния различных факторов на качество макроструктуры слябов по отдельным видам дефектов нет. Обусловлено это тем, что каждая МНЛЗ представляет собой сложный агрегат со своей спецификой как в технологии разливки металла, так и в конструкции кристаллизатора, зоны вторичного охлаждения [2].

Большинство дефектов сляба зарождается в начальный момент кристаллизации в кристаллизаторе и от дальнейших условий разливки зависит, перерастут ли дефекты структуры в макро- и микродефекты сляба или останутся как неоднородность структуры.

Непрерывная разливка характеризуется интенсивным теплосъемом во время всего цикла разливки, однако высокая скорость кристаллизации может быть организована только в наружных слоях затвердевающего металла и, на глубине до 100мм (что соответствует выходу металла из кристаллизатора) она снижается до скорости 1 мм/мин. С продолжением интенсивного теплосъема происходит не только отведение тепла перегрева расплава, но и переохлаждение уже затвердевшего слоя стали. Что может привести к возникновению участков неоднородной структуры.

Поэтому очень важно подобрать оптимально благоприятные условия для формирования и получения сляба, с наиболее равноосной структурой по сечению. Цель данной работы заключалась в анализе влияния изменения интенсивности охлаждения в ЗВО путем изменения расходов воды в таблицах производственной программы управления процессом разливки на характер формирования внутренней структуры слябов для разработки на основании полученных результатов новых режимов охлаждения.

Изменение интенсивности охлаждения в ЗВО на начальном этапе заключалось в увеличении расходов воды на 25 % (далее по тексту режим «+25»), уменьшении на 25% (далее по тексту режим «-25») в сравнении со стандартным режимом (далее по тексту стандарт) в программе управления производственным процессом.

Материалом исследований явились образцы, отобранные от слябов сечением 250Х1500мм из перитектической низкокремнистой марки стали 1L10 Duferco с хим. составом, указанным в таблице 1, разлитых с применением вышеуказанных режимов из следующих структурных зон: корковой зоны и зоны короткоосных дендритов; начала зоны столбчатых дендритов; зоны развитых столбчатых дендритов; зоны разориентированных дендритов.

Влияние интенсивности охлаждения происходит в основном в поверхностных слоях на глубину до 22 мм, поэтому, структурные изменения изучались на образцах, отобранных от образцов корковой зоны и зоны короткоосных дендритов, а так же начала зоны столбчатых дендритов.

Для сравнения механических свойств каждой структурной зоны между собой как в рамках одного сляба, так и механические свойства одноименных структурных зон слябов, отлитых с применением разных режимов между собой, образцы с круглым концентратором были испытаны на удар, а так же были подготовлены образцы для испытания на растяжение.

Исследование поверхности излома в места начала разлома, в центре образца и в места «долома» проводилось с помощью электронного микроскопа JSM 6490 с цифровой приставкой «Oxsford» при увеличении 10, 250, 1000, 6000, 10000, 15000.

При визуальном осмотре поверхности излома образцов после испытания на удар можно отметить, что пластическая деформация, предшествующая хрупкому излому в места начала разлома на всех трех образцах отсутствует [3].

На поверхности излома в средней части всех образцов корковой зоны и зоны короткоосных дендритов поверхность скола плоская, линии и ступеньки разрушения распространяются в пределах одного зерна, при переходе границ зерна их направление меняется. В отдельных участках металла наблюдаются двойники с образованием косых фасеток, направленных от поверхности скола вглубь металла. Таким образом, характер излома на всех образцах одинаковый, разница заключается в дисперсности фасеток, величине зерен, количеству и морфологии отдельных фазовых включений, ориентированных противоположно основным плоскостям скола.

На образцах отобранных от слябов, отлитых с режимом «+25%», увеличивается количество двойников, ступенек скола, отдельные фазовые включения имеют пластинчатый характер. Плотность ступенек скола составляет 15 на 100 µm, величина зерна примерно 400х300µm, величина отдельно ориентированных фаз 4х1µm, характер фаз плотный, фаза одинаково ориентированный относительно друг друга (рис.1 а).

На образце со стандартным охлаждением плотность ступенек скола составляет 12 на 100 µm ориентация которых почти на меняется при переходе границ зерен, величина зерна примерно 100х200µm, величина отдельно ориентированных фаз 70х10µm, морфология отдельно ориентированных фаз пластинчатая с шагом пластин 5 µm, ориентация их в одном направлении относительно друг друга (рис.1- б).

На образце с режимом «-25%» плотность ступенек скола составляет 10 на 100 µm, ориентация которых, меняется при переходе границ зерен, величина зерна примерно 110х200µm, величина отдельно ориентированных фаз 70х10µm, морфология фаз плотная размером 8х1 µm, ориентация в одном направлении относительно друг друга (рис. 1 - в).

Поверхности излома образцов от слябов

Рис. 1. Поверхности излома образцов от слябов: а- режим «+25%»,б- стандарт, в- «-25%» отобранных из корковой зоны и зоны короткоосных дендритов при увеличении 1000

В условиях хрупкого разрушения излом характеризуется сколом по ферритной составляющей, что подтверждается исследованием вторичной микроструктуры ударных образцов исследованных после травления в 5% растворе HNO3, (рис. 1) фасетки скола повторяют рисунок ферритной составляющей, чем интенсивней охлаждение, тем более мелкие иглы феррита наблюдаются в структуре микрошлифов.

Плоскость долома на образце с режимом «+25%» имеет минимальное количество участков вязкой составляющей около 20 % поля зрения, в основном рельеф представляет собой мелкие гребни (рис. 2 – а).

На образцах с режимом «стандарт» (рис. 2 – б) и с уменьшением интенсивности охлаждения на 25 % (рис. 2 – б) изломы вязкие ямочные, количество вязкой составляющей 30 - 50% поля зрения соответственно, при увеличении 15000 на дне ямок видны неметаллические включения.

Рис. 2. Поверхности долома образцов: а- режим «+25%»,б- стандарт, в- «-25%» отобранных из корковой зоны и зоны короткоосных дендритов при увеличении 1000

После механических испытаний образцов на растяжение по значениям временного сопротивления были построены гистограммы на рис. 3. На гистограммах можно визуально отметить разницу в показателях механических свойств между структурными зонами на образце от режима «+25» и «стандарт» в пределах одного сляба, которая обусловлена структурной неоднородностью в виде различия в плотности между зоной короткоосных дендритов и развитой зоной ориентированных столбчатых дендритов с различной плотностью и дисперсностью дендритов в начале зоны и в зоне перехода к равноосной структуре.

На образце с применением режима «-25» значения механических свойств по сечению сляба более однородные, что говорит о формировании более равноосной структуры.

Рис. 3. Гистограмма значений механических свойств слябов, 1- режим охлаждения «+25», 2- «стандарт», 3- режим охлаждения «-25»

Выводы:

1. Уменьшение расходов воды на начальном этапе разработки новых режимов охлаждения положительно влияет на формирование внутренней структуры.

2. Улучшается однородность механических свойств по сечению сляба.

3. На основании исследований была создана новая таблица охлаждения для применения во время разливки стали с содержанием углерода от 0,08 до 0,10%.

Библиографический список:

1. Металлургия стали/ под. ред. В.И. Явойского и Ю.В. Кряковского.- Москва.: Металлургия, 1983 – 582 с.

2. МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ. Козлов Ю.С. – М.: «Агар», Санкт-Петербург, «Лань», 1999.

© Горяинова Т.В. 2010



СТАТЬИ

ПОПУЛЯРНОЕ

КОНФЕРЕНЦИИ

КНИГИ