Оптимальное содержание остаточного алюминия в низкоуглеродистой стали. в сб. "теория и практика металлургии" (труды НИИМ, вып. 7). Челябинск, 1964.

Оптимальное содержание остаточного алюминия в низкоуглеродистой стали. в сб. "теория и практика металлургии" (труды НИИМ, вып. 7). Челябинск, 1964

И. И. Боков, Л. Г. Шуб.

Мелкое действительное зерно в металле обеспечивает его высокие пластические и ударные свойства. При прокатке листов такое зерно легче получить без термообработки у стали, обладающей мелким зерном аустенита. Величина зерна аустенита врГ одна из важных характери стик стали врГ играет решающую роль при горячей обработке, непосредственно влияет на величину действительного зерна и механические свойства стали [1, 2].

Обычно в металлургической практике требуемую величину зерна аустенита получают присадкой различных количеств алюминия в металл при его раскислении. При этом большая часть его окисляется и только некоторая доля остается в стали не в связанном состоянии. Этот алюминий определяют химическим путем фотоколориметрическим способом и называют остаточным (А1ост), или металлическим алюминием (А1мет). Присутствие опреде ленного количества остаточного алюминия в стали спо собствует получению металла с мелким действительным и природным зерном, т е. нестареющей низкоуглероди стой стали. Однако до сих пор нет единого мнения о том, какое содержание А1ост. является оптимальным.

X .И. Рабинович считает, что для стали ЗТ, 15К со держание А l ост должно быть приблизительно 0,03% [3]. Для стали такого же состава, выплавленной в марте новской печи, А. Н. Морозов рекомендует иметь 0,015 врГ 0,025% [4]. Между тем в практике ряда заграничных заводов предпочитают иметь содержание остаточного алюми ния в стали примерно около 0,05% [5 врГ 8]. В работе [9] ав торам удалось повысить ударную вязкость после старения листов мостовой стали (М16С) увеличением содержания А1ост до 0,04 врГ 0,06%.

В данном исследовании установили оптимальное со держание А1ост в низкоуглеродистой стали, выплавлен ной в мартеновской печи. Оно определялось по темпера туре начала роста зерна аустенита. Содержание А1ост, обеспечивающее высокую температуру начала роста, принималось за оптимальное. Имелось в виду, что чем выше температура начала роста зерна аустенита, тем легче при горячей обработке металла получить мелкое действитель ное зерно и высокие механические свойства.

Рис. 1. Связь между величиной зерна аустенита и количеством остаточного алюминия в стали

Рис. 1. Связь между величиной зерна аустенита и количеством остаточного алюминия в стали:
Ф - метод цементации; О - метод окисления

Листы толщиной 12врД20 мм и мели следующий хими ческий состав: С врГ 0,14 врГ 0,18% ; Si врГ 0,18 врГ 0,22%; М n врГ 0,40 врГ 0,55%; S и Р не более О,04%; А1ост врГ 0 врГ 0,12% и N врГ 0,005 врГ 0,006%. Сталь выплавлялась в мартеновских печах, отапливаемых мазутом. Предварительное раскисление FeMn и доменным ферросилицием проводилось в печи, а окончательное врГ ферросилицием (45%) и различ ным количеством алюминия (от 0,0 до 2 кг/г) в ковше. Сталь разливали сифоном в слитки весом 2350 кг, прока тывали их на листовом стане, обеспечивая температуру конца прокатки не выше 900-а подстуживанием листов перед последними тремя проходами. Для испытания отбирали поперечные пробы металла из головной части листа.

Рис. 2. Влияние остаточного алюминия на величину зерна аустенита (а), ударную вязкость при врГ 20-а (б) и после старения (в)

Рис. 2. Влияние остаточного алюминия на величину зерна аустенита (а), ударную вязкость при врГ 20-а (б) и после старения (в)

Зерно аустенита определялось методом цементации и окисления, а способность его к росту врГ методом цемента ции при температурах от 930 до 1150-а с 8-часовой вы держкой при каждой. Полученные данные показывают, что при содержании в металле А1ост, меньше 0,01% полу чается крупное зерно аустенита (рис. 1). Содержание А1ост. в пределах 0,01 врГ 0,02% в одних опытах давало мелкое, а в других врГ крупное зерно, поэтому на графике нот участок показан пунктирными линиями. По-видимо му, в данном случае влияли недостатки метода цемента ции [10]. Количество А l ост больше 0,0230% устойчиво обеспечивает мелкое природное зерно.

Сопоставление величины природного зерна с ударной вязкостью при врД20-а и после старения листов толщиной 20 мм, имеющих содержание А1ост, от 0,023 до 0,12%, дает возможность наблюдать, что при мелком зерне аустенита ударная вязкость металла изменяется в широком интервале от 6,4 и 7,7 до 3,8 и 5,7 кгм/см2соответственно (рис. 2). Это показывает, что природное зерно, опреде ленное стандартным методом, не полностью характеризует свойства стали. Более важным в этом отношении явля ется установление зависимости роста зерна аустенита от температуры, которая приведена на рис 3, где за начало роста принималась температура появления отдельных крупных, а конец врГ исчезновение мелких зерен. Из дан ных рис. 3 видно, что с увеличением А1ост в стали темпе ратура начала роста зерна круто поднимается, достигая максимума при 0,04 врГ 0,05%, и затем постепенно понижа ется. Кривая температуры, конца роста постоянно повы шается, а расстояние между этими кривыми увеличива ется. Приведенные результаты по температуре начала ро ста зерна аустенита близки к данным К- А. Малышева [11], но несколько выше данных Дезая [12].

Полученные данные показывают не только оптималь ное содержание А10ст. в стали, но дают возможность обоснованно выбрать температуру конца прокатки листов с различным содержанием А1ост. Так прокатку листов с А1ист ниже 0,005% следует заканчивать при температуре не выше 860 врГ 900-а во избежание получения крупного дей ствительного зерна и, следовательно, низкой ударной вяз кости. Листы с 0,01 врГ 0,03% А1ост можно прокатывать при более высокой температуре, но не выше соответственно 930 врГ 1020". Повышение А1ост до 0,04 врГ 0,06% дает воз можность оканчивать прокатку при 1030 врГ 1050-а, не опасаясь увеличения действительного зерна. Однако более высокое содержание А1ост приводит к снижению темпера туры конца прокатки, согласно кривой (1) на рис. 3.

Рис. 3. Температура начала (1) и конца (2) роста зерна аустени та в зависимости от содержания остаточного алюминия

Рис. 3. Температура начала (1) и конца (2) роста зерна аустени та в зависимости от содержания остаточного алюминия

Если высокое значение ак. При врГ 20-а можно получить соответствующим подбором температуры конца прокатки в соответствии с кривой (1) рис. 3 при любом содержании А1ост в стали, то высокую ак после старения мож но получить, как это видно из рис. 2, только в том случае, когда наряду с выбранной температурой конца прокатки сталь содержит А1ост выше 0,04%. По-видимому, это объ ясняется тем, что на ударную вязкость после старения большое влияние оказывает азот. Чем выше содержание азота в стали, тем меньше ак (рис. 4). Поэтому повышение в металле А1ост больше 0,04% не только обеспечива ет измельчение зерна, но и связывает азот, благодаря че му ак после старения стали с малым и большим азотом становится одинаковой. Таким образом, содержание А1ост в пределах 0,04 врГ 0,06% обеспечивает высокую температуру начала роста зерна аустенита, высокую температуру конца прокатки и способствует получению нестареющей низкоуглеродистой стали.

Рис. 4. Влияние А1 остаточного на ударную вязкость при врГ 20-а (а, б) и после старения (а1 и б1) стали с различным содержанием азота: а и а1 врГ содержание азота равно 0,003 врГ 0,0049 %; б и 6 j врГ содержание азота равно 0,005 %

Рис. 4. Влияние А1 остаточного на ударную вязкость при врГ 20-а (а, б) и после старения (а1 и б1) стали с различным содержанием азота: а и а1 врГ содержание азота равно 0,003 врГ 0,0049 %; б и 6 j врГ содержание азота равно 0,005 %

При выборе оптимального содержания А1ост в стали следует в каждом конкретном случае учитывать условия прокатки и сдачи листов. Если эти условия позволяют получать низкую температуру конца прокатки без подстуживания листов и снижения темпа прокатки, а сдаточные испытания не требуют определения ак после старения, то в стали можно допустить' более низкое содержание А1ост, чем здесь рекомендовано.

Не менее важно и различное содержание азота в ста ли при различных условиях выплавки. У стали с меньшим азотом высокую вязкость можно получить при меньшем содержании А1ост.

Тем не менее рекомендуемое [3] содержание А1ост равное 0,03%, в магнитогорском металле для листов тол щиной 5 врГ 25 ммзанижено. Об этом можно судить по тому, что температура конца прокатки ограничивается интервалом 780 врГ 870-аС для тех листов, у которых при сдаточных испытаниях определяется ударная вязкость. Листы толщиной 20 мм,прокатанные из магнитогорских слябов в условиях Ашинского метзавода (с более высо кой температурой конца прокатки, равной 1000-а), имели "провалы" по ударной вязкости.

Повышение А1ост. в этом металле до 0,04 врГ 0,06% дало бы возможность значительно поднять температуру конца прокатки таких листов без ухудшения механических свойств. В условиях Ашинского завода, например, внедрение подобных рекомендаций позволило снять ограниче ние по температуре конца прокатки и ликвидировать брак по ударной вязкости после старения.

Выводы

1. Мелкое природное зерно в низкоуглеродистой ста ли с 0,005врД0,006% азота устойчиво получается при содер жании А1ост. выше 0,023%.
2. Одной из наиболее важных характеристик стали является рост зерна аустенита в зависимости от темпера туры.
3. Оптимальное содержание А1ост в низкоуглероди стой мартеновской стали, обеспечивающее высокую тем пературу начала роста зерна аустенита, высокую темпе ратуру конца (1030 врГ 1050-а), а также получение нестареющей стали, равно 0,04 врГ 0,06%.

Литература:

1. В. Махов. "Сталь", 1938, вфЖ10, 48.
2. А.П. Гуляев, Ю.М. Лахтин, А.И. Тарусин. Термическая об работка стали. Машин., 1946. 3. Х.И. Рабинович, М.К. Скульский, Металлургия Южного Урала, 1958, 1(2), 18.
4. А.Н. Морозов, А.И. Строганов. Раскисление мартеновской стали, Металлургиздат, 1955, 210.
5. С.И. Кейс. Алюминий в чугуне и стали. Металлургиздат, 1959, 128.
6. "Сталь", 1958, вфЖ11, 1037, реф. Х.Ш. Левинзона.
7. "Сталь", 1958, вфЖ12, 1136, реф. В.М. Чиркина.
8. "Сталь", 1959, вфЖ6, 563, реф. Е.С. Левинзона
9. Н. Морозов, И.И. Боков, А.Н. Строганов, Я.Г. Беспалов, В.А. Большаков. Сборник трудов Челябинского НИИМ. Челябинск, 1960, выпуск 11, 43.
10. Я.Ф. Болховитинов. Величина зерна и свойства стали. Металлургиздат, 1943, 19.
11. К.А. Малышев. "Металлург", 1939, вфЖ6, 31.
12. Desat S. Iron and Coal. 1961, 183, вфЖ4865, 791-800. Экспресс-информация, Черная металлургия. 1962, вфЖ2, реферат 9.


Другие Сталь: