<p>
И.И. Боков, Л.Г. Шуб, А.Г. Лысенко, Е.И. Андреев, <br>
В.И. Телятников, Е.И. Дядюшкина, М.П. Хлесткин
</p>
<p>
Челябинским научно-исследовательским институтом металлургии совместно с Белорецким металлургическим комбинатом исследованы содержание и химический состав неметаллических включений в канатной стал и, раскисленной различными способами, и влияние включений на свойства катанки и проволоки. Технология выплавки и раскисления канатной стали описана ранее. Способы раскисления и химический со став стали приведены в табл. 1.
</p>
<p>
При выпуске плавки в два ковша исследовали по одному (от каждого ковша) слитку со второго поддона. Каждый опытный слиток прокатывали на семь заготовок сечением 130x130 мм,при этом из первой, третьей и шестой заготовок промежуточных размеров вырезали темплеты, соответствовавшие горизонтам слитка 2; 30 и 75% (считая от его низа). Из темплетов вырезали про бы для изготовления шлифов с целью исследования не металлических включений металлографическим методом и образны для определения содержания и состава неметаллических включений в стали методом электролитического растворения, а также пробы для определения содержания кислорода в стали методом вакуум-плавления.
</p>
<p>
Образцы для изготовления шлифов отбирали также от двух мотков катанки, полученных при прокатке четвертой заготовки каждого слитка. Из каждого мотка вырезали по шесть образцов (по два от концов и середины).
</p>
<p>
Загрязненность стали неметаллическими включениями оценивали по среднему баллу для каждой партии шлифов, полученных из одного слитка. В свою очередь средний балл включений подсчитывали как среднее арифметическое из максимального балла для каждого шлифа и для каждого вида включений в соответствии с ГОСТ 1778-62.
</p>
<p>
Как видно из табл. 2, неметаллические включения, со держащиеся в заготовках (балл 3—4,8), крупнее, чем включения в катанке (балл 0,5—2,0), Это свидетельствует о том, что при прокатке заготовок при 1100—1250-а С легкоплавкие включения находятся в размягченном со стоянии и при деформации металла вытягиваются в тонкие нити, параллельные оси прокатки; в то же время тугоплавкие включения лишь частично дробятся, образуя отдельные мелкие включения и строчки оксидов.
</p>
<p>
При раскислении стали в ковше алюминием (варианты 1 и 4) образуются в основном оксиды и сульфиды. При раскислении стали в ковше только ферросилицием (варианты 2 и 5) содержание оксидных включений уменьшается, а силикатных — увеличивается. Частичная замена ферросилиция силикокальцием приводит к пол ному исчезновению оксидов и дальнейшему увеличению содержания силикатных включений в стали (варианты 3 и 6).
</p>
<p>
При изменении способа раскисления стали изменяется не только состав, но и размеры неметаллических включений. Так при раскислении стали в ковше ферросилицием совместно с силикокальцием (вариант 6) величина глобулярных включений резко уменьшается. Таким образом, возникновение глобулярных включений в стали связано не столько с применением силикокальция как раскислителя, сколько со степенью раскисленности металла и порядком ввода раскислителей.
</p>
<p>
Содержание устойчивых против растворения в электролите неметаллических включений в стали, выделенных методом электролитического растворения, и их состав также зависят от способа раскисления металла (табл. 3). Предвари тельное раскисление металла в печи доменным ферросилицием не влияет на общее содержание неметаллических включений в стали, но при этом несколько снижается доля окислов алюминия (до 78,4%) в составе включений (вариант 4). Однако оксидные включения алюминия содержатся в стали, раскисленной и без его применения. Источником появления алюминия в этом случае являются 75%-ный ферросилиций, содержащий 1,2—2,0% А l , и силикокальций, содержащий до 1,5% AI . При предварительном раскислении металла в печи доменным ферросилицием вследствие уменьшения присадки 75%-ного ферросилиция в ковш (варианты 5 и 6) в стали содержится только 0,004% А1.
</p>
<p>
В соответствии с этим в пробах, отобранных из ковша, содержание остаточного алюминия составляет 0,008% при раскислении стали только 75%-ньм ферросилицием (вариант 2) и 0,005% при раскислении стали доменным 75%-ным ферросилицием и силикокальцием (вариант б). Аналогичные результаты были получены при исследовании содержания и состава включений в заготовках, полученных из нижней и верхней частей слитка, а также при повторном выборочном определении включений в заготовках, полученных из средней части слитка.
</p>
<p>
<b>Таблица 1. Способы раскисления и химически состав стали</b>
</p>
<table class="table table-bordered" cellpadding="0" cellspacing="0" align="center">
<tbody>
<tr>
<td colspan="2" width="252" style="text-align: center;">
<b>Способ раскисления</b>
</td>
<td rowspan="2" width="48" style="text-align: center;">
<b>Условный номер варианта</b>
</td>
<td colspan="8" width="372" style="text-align: center;">
<b>Химический состав, %</b>
</td>
</tr>
<tr>
<td width="84" style="text-align: center;">
<b>присадка в печь</b>
</td>
<td width="168" style="text-align: center;">
<b>Присадка в ковш</b>
</td>
<td width="46" style="text-align: center;">
<b>С</b>
</td>
<td width="47" style="text-align: center;">
<b>Si</b>
</td>
<td width="46" style="text-align: center;">
<b>М n</b>
</td>
<td width="47" style="text-align: center;">
<b>S</b>
</td>
<td width="46" style="text-align: center;">
<b>Р</b>
</td>
<td width="47" style="text-align: center;">
<b>Сг</b>
</td>
<td width="46" style="text-align: center;">
<b>С u</b>
</td>
<td width="47" style="text-align: center;">
<b>Ni</b>
</td>
</tr>
<tr>
<td rowspan="3" width="84" style="text-align: center;">
Ферромарганец
</td>
<td width="168" style="text-align: center;">
ФС75 (4,5 - 5,0 кг/т) и Al (200 - 300 кг/т)
</td>
<td width="48" style="text-align: center;">
1
</td>
<td width="46" style="text-align: center;">
0,62
</td>
<td width="47" style="text-align: center;">
0,29
</td>
<td width="46" style="text-align: center;">
0,45
</td>
<td width="47" style="text-align: center;">
0,025
</td>
<td width="46" style="text-align: center;">
0,016
</td>
<td width="47" style="text-align: center;">
0,08
</td>
<td width="46" style="text-align: center;">
0,07
</td>
<td width="47" style="text-align: center;">
0,08
</td>
</tr>
<tr>
<td width="168" style="text-align: center;">
ФС75 (5,0 - 5,5 кг/т)
</td>
<td width="48" style="text-align: center;">
2
</td>
<td width="46" style="text-align: center;">
0,63
</td>
<td width="47" style="text-align: center;">
0,26
</td>
<td width="46" style="text-align: center;">
0,51
</td>
<td width="47" style="text-align: center;">
0,028
</td>
<td width="46" style="text-align: center;">
0,015
</td>
<td width="47" style="text-align: center;">
0,10
</td>
<td width="46" style="text-align: center;">
0,09
</td>
<td width="47" style="text-align: center;">
0,10
</td>
</tr>
<tr>
<td width="168" style="text-align: center;">
ФС75 (4,0 - 4,5 кг/т) и SiCa (1,0 кг/т)
</td>
<td width="48" style="text-align: center;">
3
</td>
<td width="46" style="text-align: center;">
0,57
</td>
<td width="47" style="text-align: center;">
0,26
</td>
<td width="46" style="text-align: center;">
0,43
</td>
<td width="47" style="text-align: center;">
0,024
</td>
<td width="46" style="text-align: center;">
0,016
</td>
<td width="47" style="text-align: center;">
0,07
</td>
<td width="46" style="text-align: center;">
0,07
</td>
<td width="47" style="text-align: center;">
0,13
</td>
</tr>
<tr>
<td rowspan="3" width="84" style="text-align: center;">
Ферромарганец и доменный ферросилиций
</td>
<td width="168" style="text-align: center;">
ФС75 (2,0 - 2,2 кг/т) и Al (200 - 300 кг/т)
</td>
<td width="48" style="text-align: center;">
4
</td>
<td width="46 " style="text-align: center;">
0,65
</td>
<td width="47" style="text-align: center;">
0,33
</td>
<td width="46" style="text-align: center;">
0,60
</td>
<td width="47" style="text-align: center;">
0,028
</td>
<td width="46" style="text-align: center;">
0,024
</td>
<td width="47" style="text-align: center;">
0,08
</td>
<td width="46" style="text-align: center;">
0,09
</td>
<td width="47" style="text-align: center;">
0,09
</td>
</tr>
<tr>
<td width="168" style="text-align: center;">
ФС75 (2,0 - 2,5 кг/т)
</td>
<td width="48" style="text-align: center;">
5
</td>
<td width="46" style="text-align: center;">
0,65
</td>
<td width="47" style="text-align: center;">
0,33
</td>
<td width="46" style="text-align: center;">
0,60
</td>
<td width="47" style="text-align: center;">
0,028
</td>
<td width="46" style="text-align: center;">
0,023
</td>
<td width="47" style="text-align: center;">
0,10
</td>
<td width="46" style="text-align: center;">
0,09
</td>
<td width="47" style="text-align: center;">
0,10
</td>
</tr>
<tr>
<td width="168" style="text-align: center;">
ФС75 (1,0 - 2,0 кг/т) и SiCa (1,0 кг/т)
</td>
<td width="48" style="text-align: center;">
6
</td>
<td width="46" style="text-align: center;">
0.62
</td>
<td width="47" style="text-align: center;">
0,30
</td>
<td width="46" style="text-align: center;">
0,59
</td>
<td width="47" style="text-align: center;">
0,025
</td>
<td width="46" style="text-align: center;">
0,018
</td>
<td width="47" style="text-align: center;">
0,08
</td>
<td width="46" style="text-align: center;">
0,03
</td>
<td width="47" style="text-align: center;">
0,09
</td>
</tr>
</tbody>
</table>
<p>
<b>Таблица 2. Неметаллические включения в металле заготовки (в числителе) и катанки (в знаменателе) при различных вариантах раскисления стали, средний балл.</b>
</p>
<table class="table table-bordered" cellpadding="0" cellspacing="0" align="center">
<tbody>
<tr>
<td rowspan="2" width="84" style="text-align: center;">
<b>Вариант</b>
</td>
<td rowspan="2" width="84" style="text-align: center;">
<b>Оксиды</b>
</td>
<td colspan="3" width="288" style="text-align: center;">
<b>Силикаты</b>
</td>
<td rowspan="2" width="108" style="text-align: center;">
<b>сульфиды</b>
</td>
</tr>
<tr>
<td width="96" style="text-align: center;">
<b>хрупкие</b>
</td>
<td width="96" style="text-align: center;">
<b>недеформированные</b>
</td>
<td width="96" style="text-align: center;">
<b>пластичные</b>
</td>
</tr>
<tr>
<td width="84" style="text-align: center;">
1
</td>
<td width="84" style="text-align: center;">
3,0/ 1,8
</td>
<td width="96" style="text-align: center;">
-
</td>
<td width="96" style="text-align: center;">
-/0,5
</td>
<td width="96" style="text-align: center;">
-
</td>
<td width="108" style="text-align: center;">
4,0 0,5
</td>
</tr>
<tr>
<td width="84" style="text-align: center;">
2
</td>
<td width="84" style="text-align: center;">
1,0/ 0,5
</td>
<td width="96" style="text-align: center;">
-/1,0
</td>
<td width="96" style="text-align: center;">
1,0/1 ,5
</td>
<td width="96" style="text-align: center;">
4,3/0,5
</td>
<td width="108" style="text-align: center;">
3,3/ 1,0
</td>
</tr>
<tr>
<td width="84" style="text-align: center;">
3
</td>
<td width="84" style="text-align: center;">
-
</td>
<td width="96" style="text-align: center;">
-/1,0
</td>
<td width="96" style="text-align: center;">
4,0/ 1 ,0
</td>
<td width="96" style="text-align: center;">
4,8/-
</td>
<td width="108" style="text-align: center;">
3,7/2,0
</td>
</tr>
<tr>
<td width="84" style="text-align: center;">
4
</td>
<td width="84" style="text-align: center;">
3,0/ 1,0
</td>
<td width="96" style="text-align: center;">
-/0,5
</td>
<td width="96" style="text-align: center;">
-
</td>
<td width="96" style="text-align: center;">
-/0,5
</td>
<td width="108" style="text-align: center;">
4,0/ 0,5
</td>
</tr>
<tr>
<td width="84" style="text-align: center;">
5
</td>
<td width="84" style="text-align: center;">
-
</td>
<td width="96" style="text-align: center;">
-/0,5
</td>
<td width="96" style="text-align: center;">
-/0,5
</td>
<td width="96" style="text-align: center;">
4,0/ 1,0
</td>
<td width="108" style="text-align: center;">
3,7/ 1,0
</td>
</tr>
<tr>
<td width="84" style="text-align: center;">
6
</td>
<td width="84" style="text-align: center;">
-
</td>
<td width="96" style="text-align: center;">
-/0,5
</td>
<td width="96" style="text-align: center;">
-/0,5
</td>
<td width="96" style="text-align: center;">
4,5/ 0,5
</td>
<td width="108" style="text-align: center;">
4,0/ 1,0
</td>
</tr>
</tbody>
</table>
<p>
<b>Таблица 3. Содержание и химический состав неметаллических включений и стали при различных вариантах раскисления</b>
</p>
<table class="table table-bordered" cellpadding="0" cellspacing="0" align="center">
<tbody>
<tr>
<td rowspan="2" width="66" style="text-align: center;">
<b>Вариант</b>
</td>
<td rowspan="2" width="129" style="text-align: center;">
<b>Общее содержание включений, %*10^-4</b>
</td>
<td rowspan="2" width="127" style="text-align: center;">
<b>Содержание кислорода, %*10^ -4</b>
</td>
<td colspan="4" width="236" style="text-align: center;">
<b>Химический состав, %</b>
</td>
</tr>
<tr>
<td width="60" style="text-align: center;">
<b>Al2SiO3</b>
</td>
<td width="62" style="text-align: center;">
<b>SiO2</b>
</td>
<td width="53" style="text-align: center;">
<b>FeО</b>
</td>
<td width="62" style="text-align: center;">
<b>MnО</b>
</td>
</tr>
<tr>
<td width="66" style="text-align: center;">
1
</td>
<td width="129" style="text-align: center;">
53
</td>
<td width="127" style="text-align: center;">
54
</td>
<td width="60" style="text-align: center;">
91 ,2
</td>
<td width="62" style="text-align: center;">
4,0
</td>
<td width="53" style="text-align: center;">
1,6
</td>
<td width="62" style="text-align: center;">
1,8
</td>
</tr>
<tr>
<td width="66" style="text-align: center;">
2
</td>
<td width="129" style="text-align: center;">
33
</td>
<td width="127" style="text-align: center;">
70
</td>
<td width="60" style="text-align: center;">
48,7
</td>
<td width="62" style="text-align: center;">
28,7
</td>
<td width="53" style="text-align: center;">
2,7
</td>
<td width="62" style="text-align: center;">
8,7
</td>
</tr>
<tr>
<td width="66" style="text-align: center;">
3
</td>
<td width="129" style="text-align: center;">
6
</td>
<td width="127" style="text-align: center;">
88
</td>
<td width="60" style="text-align: center;">
19,7
</td>
<td width="62" style="text-align: center;">
57,0
</td>
<td width="53" style="text-align: center;">
7,0
</td>
<td width="62" style="text-align: center;">
14,0
</td>
</tr>
<tr>
<td width="66" style="text-align: center;">
4
</td>
<td width="129" style="text-align: center;">
58
</td>
<td width="127" style="text-align: center;">
47
</td>
<td width="60" style="text-align: center;">
78,4
</td>
<td width="62" style="text-align: center;">
5,7
</td>
<td width="53" style="text-align: center;">
1,3
</td>
<td width="62" style="text-align: center;">
следы
</td>
</tr>
<tr>
<td width="66" style="text-align: center;">
5
</td>
<td width="129" style="text-align: center;">
37
</td>
<td width="127" style="text-align: center;">
78
</td>
<td width="60" style="text-align: center;">
32,6
</td>
<td width="62" style="text-align: center;">
47,1
</td>
<td width="53" style="text-align: center;">
5,2
</td>
<td width="62" style="text-align: center;">
1,9
</td>
</tr>
<tr>
<td width="66" style="text-align: center;">
6
</td>
<td width="129" style="text-align: center;">
26
</td>
<td width="127" style="text-align: center;">
69
</td>
<td width="60" style="text-align: center;">
20,0
</td>
<td width="62" style="text-align: center;">
42,0
</td>
<td width="53" style="text-align: center;">
23,4
</td>
<td width="62" style="text-align: center;">
8,2
</td>
</tr>
</tbody>
</table>
<p>
Общее содержание кислорода в металле, раскисленном алюминием, в среднем на 54% меньше, чем в металле, раскисленном без применения алюминия. Поэтому вероятность образования подкорковых пузырей в слитке при раскислении стали без применения алюминия значительно выше.
</p>
<p>
Как показали металлографические исследования, в стали, раскисленной без применения алюминия, значительная часть кислорода содержится во включениях, которые растворяются в электролите, и поэтому не обнаруживаются при электролитическом растворении образцов. Таким образом, при раскислении стали без применения алюминия общее содержание в ней неметаллических включений не уменьшается.
</p>
<p>
Механические свойства катанки диам. 6 мм (ГОСТ 1457—60) не зависят от содержания и состава неметаллических включений в канатной стали. Небольшие колебания механических свойств катанки обусловлены различием химического состава стали, а также не равномерностью свойств катанки в различных частях мотка, что вызвано условиями прокатки.
</p>
<p>
Действительное зерно стали при любом варианте раскисления оценивалась баллом 7—8. Размер зерна аустенита при раскислении стали с применением алюминия составлял 6—8 баллов, а при раскислении без применения алюминия 4—6 баллов.
</p>
<p>
Не установлено также влияния неметаллических включений на механические свойства проволоки диам. 1 мм до и после старения. Проволоку диам. 1 мм получали волочением катанки по маршруту; 6,0—5,5—4,5— -4,0—3,6—3,2 — 2,6—2,3—2,0 — 1,8—1,6—1,42 — 1,25— —1,1—1,0 с охлаждением волок и барабанов и при патентировании промежуточной заготовки диам. 2,3 мм.
</p>
<p>
При определении усталостных свойств проволоки диам. 1 мм до и после старения на пробежной машине ПТ-2 (блок размером 150 мм, нагрузка 10% от разрывного усилия) наблюдали увеличение выносливости (числа циклов) проволоки из стали, раскисленной без применения алюминия и содержащей неметаллические включения в основном в виде сульфидов и пластичных силикатов.
</p>
<p>
На более толстых образцах не удалось установить влияния неметаллических включений на усталостные свойства канатной стали. Образцы диам. 7,52 и длиной 180 мм были изготовлены из заготовок промежуточного профиля сечением 20x20 мм из стали Т70, содержащей 0,69% С; 0,49% М n ; 0,28% Si и раскисленной в одном ковше ферросилицием и алюминием (вариант 4), в другом — ферросилицием и силикокальцием (вариант 6). Образцы отжигали для получения одинаковой структуры стали и размера действительного зерна. При испытании образцов на машине МВП-10000 (ГОСТ 2860—55) предел выносливости стали в обоих случаях составил 27 кг/мм2 (см. рисунок). Таким образом, неметаллические включения оказывают влияние на усталостные свойства канатной стали лишь при таких размерах образцов, толщина которых соизмерима с размерами включений.
</p>
<p>
Способность канатной стали к холодному волочению в значительной степени зависит от состава содержащих ся в ней неметаллических включений, в особенности окислов алюминия. Так, при волочении катанки из ста ли Т60 (0,58% С; 0,54% М n ; 0,30% Si ), раскисленной в одном ковше ферросилицием и алюминием (вариант 1), а в другом — ферросилицием и силикокальцием (вариант 3), выход годной проволоки на 0,01 мм износа волок в первом случае был на 59% меньше, а расход волок — на 46% больше, чем во втором (табл. 4)
</p>
<p>
Аналогичные результаты были получены при волочении катанки из стали Т60 раскисленной в одном ковше ферросилицием и алюминием (вариант 1), а в другом — только ферросилицием (вариант 2). В первом случае расход волок был на 60% больше, а выход годной про волоки на 35% меньше, чем во втором.
</p>
<p>
В результате исследования установлено, что при раскислении канатной стали без присадок алюминия в ковш значительно уменьшается содержание в ней окислов алюминия и возрастает содержание окислов желе за, кремния и марганца. Это способствует увеличению выхода годной проволоки, снижению износа волок и числа обрывов катанки при холодном волочении. Одна ко при раскислении канатной стали без применения алюминия значительно труднее получить слитки без под- корковых пузырей, а следовательно, и заготовки без рванин и волосовин, особенно при прокатке мелких слитков на заготовку большого сечения.
</p>
<p>
<b>Таблица 4. Технологические показатели волочения катанки диаметром 6 мм*</b>
</p>
<table cellpadding="0" cellspacing="0" align="center" class="table table-bordered">
<tbody>
<tr>
<td rowspan="2" width="132" style="text-align: center;">
<b>Показатели</b>
</td>
<td colspan="5" width="432" style="text-align: center;">
<b>Маршрут</b>
</td>
<td rowspan="2" width="108" style="text-align: center;">
<b>Показатели на партию</b>
</td>
</tr>
<tr>
<td width="84" style="text-align: center;">
<b>5,35</b>
</td>
<td width="84" style="text-align: center;">
<b>4,6</b>
</td>
<td width="84" style="text-align: center;">
<b>4,0</b>
</td>
<td width="84" style="text-align: center;">
<b>3,5</b>
</td>
<td width="96" style="text-align: center;">
<b>3,0</b>
</td>
</tr>
<tr>
<td width="132" style="text-align: center;">
Вес проволоки, т
</td>
<td width="84" style="text-align: center;">
46,5/40,5
</td>
<td width="84" style="text-align: center;">
46,5/40,5
</td>
<td width="84" style="text-align: center;">
46,5/40,5
</td>
<td width="84" style="text-align: center;">
46,5/40,5
</td>
<td width="96" style="text-align: center;">
46,5/40,5
</td>
<td width="108" style="text-align: center;">
-
</td>
</tr>
<tr>
<td width="132" style="text-align: center;">
Износ волок, мм
</td>
<td width="84" style="text-align: center;">
0,32/0,15
</td>
<td width="84" style="text-align: center;">
0,08/0,04
</td>
<td width="84" style="text-align: center;">
0,035/0,03
</td>
<td width="84" style="text-align: center;">
0,185/0,13
</td>
<td width="96" style="text-align: center;">
0,315/0,16
</td>
<td width="108" style="text-align: center;">
-
</td>
</tr>
<tr>
<td width="132" style="text-align: center;">
Вес проволоки, т/0,01 мм износа волок
</td>
<td width="84" style="text-align: center;">
1,45/2,7
</td>
<td width="84" style="text-align: center;">
5,8/10,1
</td>
<td width="84" style="text-align: center;">
13,3/13,5
</td>
<td width="84" style="text-align: center;">
2,5/3,1
</td>
<td width="96" style="text-align: center;">
1,5/2,5
</td>
<td width="108" style="text-align: center;">
4,9/7,8
</td>
</tr>
<tr>
<td width="132" style="text-align: center;">
Число обрывов
</td>
<td width="84" style="text-align: center;">
3,0/-
</td>
<td width="84" style="text-align: center;">
4,0/-
</td>
<td width="84" style="text-align: center;">
3,0/4,0
</td>
<td width="84" style="text-align: center;">
5,0/12
</td>
<td width="96" style="text-align: center;">
15,7/10,6
</td>
<td width="108" style="text-align: center;">
0,65**/0,57
</td>
</tr>
<tr>
<td width="132" style="text-align: center;">
Расход волок, шт
</td>
<td width="84" style="text-align: center;">
3,0/3,0
</td>
<td width="84" style="text-align: center;">
33,0/2,0
</td>
<td width="84" style="text-align: center;">
2,0/2,0
</td>
<td width="84" style="text-align: center;">
7,0/2,0
</td>
<td width="96" style="text-align: center;">
10/6,0
</td>
<td width="108" style="text-align: center;">
0,54***/0,37
</td>
</tr>
<tr>
<td colspan="7" width="672">
* В числителе — сталь, раскисленная в ковше ферросилицием и алюминием (вариант 1), в знаменателе — ферросилицием и силококальцием (вариант 3). <br>
** Число обрывов на 1 т проволоки. <br>
*** Расход волок на 1 т проволоки.
</td>
</tr>
</tbody>
</table>
И.И. Боков, Л.Г. Шуб, А.Г. Лысенко, Е.И. Андреев, <br>
В.И. Телятников, Е.И. Дядюшкина, М.П. Хлесткин
</p>
<p>
Челябинским научно-исследовательским институтом металлургии совместно с Белорецким металлургическим комбинатом исследованы содержание и химический состав неметаллических включений в канатной стал и, раскисленной различными способами, и влияние включений на свойства катанки и проволоки. Технология выплавки и раскисления канатной стали описана ранее. Способы раскисления и химический со став стали приведены в табл. 1.
</p>
<p>
При выпуске плавки в два ковша исследовали по одному (от каждого ковша) слитку со второго поддона. Каждый опытный слиток прокатывали на семь заготовок сечением 130x130 мм,при этом из первой, третьей и шестой заготовок промежуточных размеров вырезали темплеты, соответствовавшие горизонтам слитка 2; 30 и 75% (считая от его низа). Из темплетов вырезали про бы для изготовления шлифов с целью исследования не металлических включений металлографическим методом и образны для определения содержания и состава неметаллических включений в стали методом электролитического растворения, а также пробы для определения содержания кислорода в стали методом вакуум-плавления.
</p>
<p>
Образцы для изготовления шлифов отбирали также от двух мотков катанки, полученных при прокатке четвертой заготовки каждого слитка. Из каждого мотка вырезали по шесть образцов (по два от концов и середины).
</p>
<p>
Загрязненность стали неметаллическими включениями оценивали по среднему баллу для каждой партии шлифов, полученных из одного слитка. В свою очередь средний балл включений подсчитывали как среднее арифметическое из максимального балла для каждого шлифа и для каждого вида включений в соответствии с ГОСТ 1778-62.
</p>
<p>
Как видно из табл. 2, неметаллические включения, со держащиеся в заготовках (балл 3—4,8), крупнее, чем включения в катанке (балл 0,5—2,0), Это свидетельствует о том, что при прокатке заготовок при 1100—1250-а С легкоплавкие включения находятся в размягченном со стоянии и при деформации металла вытягиваются в тонкие нити, параллельные оси прокатки; в то же время тугоплавкие включения лишь частично дробятся, образуя отдельные мелкие включения и строчки оксидов.
</p>
<p>
При раскислении стали в ковше алюминием (варианты 1 и 4) образуются в основном оксиды и сульфиды. При раскислении стали в ковше только ферросилицием (варианты 2 и 5) содержание оксидных включений уменьшается, а силикатных — увеличивается. Частичная замена ферросилиция силикокальцием приводит к пол ному исчезновению оксидов и дальнейшему увеличению содержания силикатных включений в стали (варианты 3 и 6).
</p>
<p>
При изменении способа раскисления стали изменяется не только состав, но и размеры неметаллических включений. Так при раскислении стали в ковше ферросилицием совместно с силикокальцием (вариант 6) величина глобулярных включений резко уменьшается. Таким образом, возникновение глобулярных включений в стали связано не столько с применением силикокальция как раскислителя, сколько со степенью раскисленности металла и порядком ввода раскислителей.
</p>
<p>
Содержание устойчивых против растворения в электролите неметаллических включений в стали, выделенных методом электролитического растворения, и их состав также зависят от способа раскисления металла (табл. 3). Предвари тельное раскисление металла в печи доменным ферросилицием не влияет на общее содержание неметаллических включений в стали, но при этом несколько снижается доля окислов алюминия (до 78,4%) в составе включений (вариант 4). Однако оксидные включения алюминия содержатся в стали, раскисленной и без его применения. Источником появления алюминия в этом случае являются 75%-ный ферросилиций, содержащий 1,2—2,0% А l , и силикокальций, содержащий до 1,5% AI . При предварительном раскислении металла в печи доменным ферросилицием вследствие уменьшения присадки 75%-ного ферросилиция в ковш (варианты 5 и 6) в стали содержится только 0,004% А1.
</p>
<p>
В соответствии с этим в пробах, отобранных из ковша, содержание остаточного алюминия составляет 0,008% при раскислении стали только 75%-ньм ферросилицием (вариант 2) и 0,005% при раскислении стали доменным 75%-ным ферросилицием и силикокальцием (вариант б). Аналогичные результаты были получены при исследовании содержания и состава включений в заготовках, полученных из нижней и верхней частей слитка, а также при повторном выборочном определении включений в заготовках, полученных из средней части слитка.
</p>
<p>
<b>Таблица 1. Способы раскисления и химически состав стали</b>
</p>
<table class="table table-bordered" cellpadding="0" cellspacing="0" align="center">
<tbody>
<tr>
<td colspan="2" width="252" style="text-align: center;">
<b>Способ раскисления</b>
</td>
<td rowspan="2" width="48" style="text-align: center;">
<b>Условный номер варианта</b>
</td>
<td colspan="8" width="372" style="text-align: center;">
<b>Химический состав, %</b>
</td>
</tr>
<tr>
<td width="84" style="text-align: center;">
<b>присадка в печь</b>
</td>
<td width="168" style="text-align: center;">
<b>Присадка в ковш</b>
</td>
<td width="46" style="text-align: center;">
<b>С</b>
</td>
<td width="47" style="text-align: center;">
<b>Si</b>
</td>
<td width="46" style="text-align: center;">
<b>М n</b>
</td>
<td width="47" style="text-align: center;">
<b>S</b>
</td>
<td width="46" style="text-align: center;">
<b>Р</b>
</td>
<td width="47" style="text-align: center;">
<b>Сг</b>
</td>
<td width="46" style="text-align: center;">
<b>С u</b>
</td>
<td width="47" style="text-align: center;">
<b>Ni</b>
</td>
</tr>
<tr>
<td rowspan="3" width="84" style="text-align: center;">
Ферромарганец
</td>
<td width="168" style="text-align: center;">
ФС75 (4,5 - 5,0 кг/т) и Al (200 - 300 кг/т)
</td>
<td width="48" style="text-align: center;">
1
</td>
<td width="46" style="text-align: center;">
0,62
</td>
<td width="47" style="text-align: center;">
0,29
</td>
<td width="46" style="text-align: center;">
0,45
</td>
<td width="47" style="text-align: center;">
0,025
</td>
<td width="46" style="text-align: center;">
0,016
</td>
<td width="47" style="text-align: center;">
0,08
</td>
<td width="46" style="text-align: center;">
0,07
</td>
<td width="47" style="text-align: center;">
0,08
</td>
</tr>
<tr>
<td width="168" style="text-align: center;">
ФС75 (5,0 - 5,5 кг/т)
</td>
<td width="48" style="text-align: center;">
2
</td>
<td width="46" style="text-align: center;">
0,63
</td>
<td width="47" style="text-align: center;">
0,26
</td>
<td width="46" style="text-align: center;">
0,51
</td>
<td width="47" style="text-align: center;">
0,028
</td>
<td width="46" style="text-align: center;">
0,015
</td>
<td width="47" style="text-align: center;">
0,10
</td>
<td width="46" style="text-align: center;">
0,09
</td>
<td width="47" style="text-align: center;">
0,10
</td>
</tr>
<tr>
<td width="168" style="text-align: center;">
ФС75 (4,0 - 4,5 кг/т) и SiCa (1,0 кг/т)
</td>
<td width="48" style="text-align: center;">
3
</td>
<td width="46" style="text-align: center;">
0,57
</td>
<td width="47" style="text-align: center;">
0,26
</td>
<td width="46" style="text-align: center;">
0,43
</td>
<td width="47" style="text-align: center;">
0,024
</td>
<td width="46" style="text-align: center;">
0,016
</td>
<td width="47" style="text-align: center;">
0,07
</td>
<td width="46" style="text-align: center;">
0,07
</td>
<td width="47" style="text-align: center;">
0,13
</td>
</tr>
<tr>
<td rowspan="3" width="84" style="text-align: center;">
Ферромарганец и доменный ферросилиций
</td>
<td width="168" style="text-align: center;">
ФС75 (2,0 - 2,2 кг/т) и Al (200 - 300 кг/т)
</td>
<td width="48" style="text-align: center;">
4
</td>
<td width="46 " style="text-align: center;">
0,65
</td>
<td width="47" style="text-align: center;">
0,33
</td>
<td width="46" style="text-align: center;">
0,60
</td>
<td width="47" style="text-align: center;">
0,028
</td>
<td width="46" style="text-align: center;">
0,024
</td>
<td width="47" style="text-align: center;">
0,08
</td>
<td width="46" style="text-align: center;">
0,09
</td>
<td width="47" style="text-align: center;">
0,09
</td>
</tr>
<tr>
<td width="168" style="text-align: center;">
ФС75 (2,0 - 2,5 кг/т)
</td>
<td width="48" style="text-align: center;">
5
</td>
<td width="46" style="text-align: center;">
0,65
</td>
<td width="47" style="text-align: center;">
0,33
</td>
<td width="46" style="text-align: center;">
0,60
</td>
<td width="47" style="text-align: center;">
0,028
</td>
<td width="46" style="text-align: center;">
0,023
</td>
<td width="47" style="text-align: center;">
0,10
</td>
<td width="46" style="text-align: center;">
0,09
</td>
<td width="47" style="text-align: center;">
0,10
</td>
</tr>
<tr>
<td width="168" style="text-align: center;">
ФС75 (1,0 - 2,0 кг/т) и SiCa (1,0 кг/т)
</td>
<td width="48" style="text-align: center;">
6
</td>
<td width="46" style="text-align: center;">
0.62
</td>
<td width="47" style="text-align: center;">
0,30
</td>
<td width="46" style="text-align: center;">
0,59
</td>
<td width="47" style="text-align: center;">
0,025
</td>
<td width="46" style="text-align: center;">
0,018
</td>
<td width="47" style="text-align: center;">
0,08
</td>
<td width="46" style="text-align: center;">
0,03
</td>
<td width="47" style="text-align: center;">
0,09
</td>
</tr>
</tbody>
</table>
<p>
<b>Таблица 2. Неметаллические включения в металле заготовки (в числителе) и катанки (в знаменателе) при различных вариантах раскисления стали, средний балл.</b>
</p>
<table class="table table-bordered" cellpadding="0" cellspacing="0" align="center">
<tbody>
<tr>
<td rowspan="2" width="84" style="text-align: center;">
<b>Вариант</b>
</td>
<td rowspan="2" width="84" style="text-align: center;">
<b>Оксиды</b>
</td>
<td colspan="3" width="288" style="text-align: center;">
<b>Силикаты</b>
</td>
<td rowspan="2" width="108" style="text-align: center;">
<b>сульфиды</b>
</td>
</tr>
<tr>
<td width="96" style="text-align: center;">
<b>хрупкие</b>
</td>
<td width="96" style="text-align: center;">
<b>недеформированные</b>
</td>
<td width="96" style="text-align: center;">
<b>пластичные</b>
</td>
</tr>
<tr>
<td width="84" style="text-align: center;">
1
</td>
<td width="84" style="text-align: center;">
3,0/ 1,8
</td>
<td width="96" style="text-align: center;">
-
</td>
<td width="96" style="text-align: center;">
-/0,5
</td>
<td width="96" style="text-align: center;">
-
</td>
<td width="108" style="text-align: center;">
4,0 0,5
</td>
</tr>
<tr>
<td width="84" style="text-align: center;">
2
</td>
<td width="84" style="text-align: center;">
1,0/ 0,5
</td>
<td width="96" style="text-align: center;">
-/1,0
</td>
<td width="96" style="text-align: center;">
1,0/1 ,5
</td>
<td width="96" style="text-align: center;">
4,3/0,5
</td>
<td width="108" style="text-align: center;">
3,3/ 1,0
</td>
</tr>
<tr>
<td width="84" style="text-align: center;">
3
</td>
<td width="84" style="text-align: center;">
-
</td>
<td width="96" style="text-align: center;">
-/1,0
</td>
<td width="96" style="text-align: center;">
4,0/ 1 ,0
</td>
<td width="96" style="text-align: center;">
4,8/-
</td>
<td width="108" style="text-align: center;">
3,7/2,0
</td>
</tr>
<tr>
<td width="84" style="text-align: center;">
4
</td>
<td width="84" style="text-align: center;">
3,0/ 1,0
</td>
<td width="96" style="text-align: center;">
-/0,5
</td>
<td width="96" style="text-align: center;">
-
</td>
<td width="96" style="text-align: center;">
-/0,5
</td>
<td width="108" style="text-align: center;">
4,0/ 0,5
</td>
</tr>
<tr>
<td width="84" style="text-align: center;">
5
</td>
<td width="84" style="text-align: center;">
-
</td>
<td width="96" style="text-align: center;">
-/0,5
</td>
<td width="96" style="text-align: center;">
-/0,5
</td>
<td width="96" style="text-align: center;">
4,0/ 1,0
</td>
<td width="108" style="text-align: center;">
3,7/ 1,0
</td>
</tr>
<tr>
<td width="84" style="text-align: center;">
6
</td>
<td width="84" style="text-align: center;">
-
</td>
<td width="96" style="text-align: center;">
-/0,5
</td>
<td width="96" style="text-align: center;">
-/0,5
</td>
<td width="96" style="text-align: center;">
4,5/ 0,5
</td>
<td width="108" style="text-align: center;">
4,0/ 1,0
</td>
</tr>
</tbody>
</table>
<p>
<b>Таблица 3. Содержание и химический состав неметаллических включений и стали при различных вариантах раскисления</b>
</p>
<table class="table table-bordered" cellpadding="0" cellspacing="0" align="center">
<tbody>
<tr>
<td rowspan="2" width="66" style="text-align: center;">
<b>Вариант</b>
</td>
<td rowspan="2" width="129" style="text-align: center;">
<b>Общее содержание включений, %*10^-4</b>
</td>
<td rowspan="2" width="127" style="text-align: center;">
<b>Содержание кислорода, %*10^ -4</b>
</td>
<td colspan="4" width="236" style="text-align: center;">
<b>Химический состав, %</b>
</td>
</tr>
<tr>
<td width="60" style="text-align: center;">
<b>Al2SiO3</b>
</td>
<td width="62" style="text-align: center;">
<b>SiO2</b>
</td>
<td width="53" style="text-align: center;">
<b>FeО</b>
</td>
<td width="62" style="text-align: center;">
<b>MnО</b>
</td>
</tr>
<tr>
<td width="66" style="text-align: center;">
1
</td>
<td width="129" style="text-align: center;">
53
</td>
<td width="127" style="text-align: center;">
54
</td>
<td width="60" style="text-align: center;">
91 ,2
</td>
<td width="62" style="text-align: center;">
4,0
</td>
<td width="53" style="text-align: center;">
1,6
</td>
<td width="62" style="text-align: center;">
1,8
</td>
</tr>
<tr>
<td width="66" style="text-align: center;">
2
</td>
<td width="129" style="text-align: center;">
33
</td>
<td width="127" style="text-align: center;">
70
</td>
<td width="60" style="text-align: center;">
48,7
</td>
<td width="62" style="text-align: center;">
28,7
</td>
<td width="53" style="text-align: center;">
2,7
</td>
<td width="62" style="text-align: center;">
8,7
</td>
</tr>
<tr>
<td width="66" style="text-align: center;">
3
</td>
<td width="129" style="text-align: center;">
6
</td>
<td width="127" style="text-align: center;">
88
</td>
<td width="60" style="text-align: center;">
19,7
</td>
<td width="62" style="text-align: center;">
57,0
</td>
<td width="53" style="text-align: center;">
7,0
</td>
<td width="62" style="text-align: center;">
14,0
</td>
</tr>
<tr>
<td width="66" style="text-align: center;">
4
</td>
<td width="129" style="text-align: center;">
58
</td>
<td width="127" style="text-align: center;">
47
</td>
<td width="60" style="text-align: center;">
78,4
</td>
<td width="62" style="text-align: center;">
5,7
</td>
<td width="53" style="text-align: center;">
1,3
</td>
<td width="62" style="text-align: center;">
следы
</td>
</tr>
<tr>
<td width="66" style="text-align: center;">
5
</td>
<td width="129" style="text-align: center;">
37
</td>
<td width="127" style="text-align: center;">
78
</td>
<td width="60" style="text-align: center;">
32,6
</td>
<td width="62" style="text-align: center;">
47,1
</td>
<td width="53" style="text-align: center;">
5,2
</td>
<td width="62" style="text-align: center;">
1,9
</td>
</tr>
<tr>
<td width="66" style="text-align: center;">
6
</td>
<td width="129" style="text-align: center;">
26
</td>
<td width="127" style="text-align: center;">
69
</td>
<td width="60" style="text-align: center;">
20,0
</td>
<td width="62" style="text-align: center;">
42,0
</td>
<td width="53" style="text-align: center;">
23,4
</td>
<td width="62" style="text-align: center;">
8,2
</td>
</tr>
</tbody>
</table>
<p>
Общее содержание кислорода в металле, раскисленном алюминием, в среднем на 54% меньше, чем в металле, раскисленном без применения алюминия. Поэтому вероятность образования подкорковых пузырей в слитке при раскислении стали без применения алюминия значительно выше.
</p>
<p>
Как показали металлографические исследования, в стали, раскисленной без применения алюминия, значительная часть кислорода содержится во включениях, которые растворяются в электролите, и поэтому не обнаруживаются при электролитическом растворении образцов. Таким образом, при раскислении стали без применения алюминия общее содержание в ней неметаллических включений не уменьшается.
</p>
<p>
Механические свойства катанки диам. 6 мм (ГОСТ 1457—60) не зависят от содержания и состава неметаллических включений в канатной стали. Небольшие колебания механических свойств катанки обусловлены различием химического состава стали, а также не равномерностью свойств катанки в различных частях мотка, что вызвано условиями прокатки.
</p>
<p>
Действительное зерно стали при любом варианте раскисления оценивалась баллом 7—8. Размер зерна аустенита при раскислении стали с применением алюминия составлял 6—8 баллов, а при раскислении без применения алюминия 4—6 баллов.
</p>
<p>
Не установлено также влияния неметаллических включений на механические свойства проволоки диам. 1 мм до и после старения. Проволоку диам. 1 мм получали волочением катанки по маршруту; 6,0—5,5—4,5— -4,0—3,6—3,2 — 2,6—2,3—2,0 — 1,8—1,6—1,42 — 1,25— —1,1—1,0 с охлаждением волок и барабанов и при патентировании промежуточной заготовки диам. 2,3 мм.
</p>
<p>
При определении усталостных свойств проволоки диам. 1 мм до и после старения на пробежной машине ПТ-2 (блок размером 150 мм, нагрузка 10% от разрывного усилия) наблюдали увеличение выносливости (числа циклов) проволоки из стали, раскисленной без применения алюминия и содержащей неметаллические включения в основном в виде сульфидов и пластичных силикатов.
</p>
<p>
На более толстых образцах не удалось установить влияния неметаллических включений на усталостные свойства канатной стали. Образцы диам. 7,52 и длиной 180 мм были изготовлены из заготовок промежуточного профиля сечением 20x20 мм из стали Т70, содержащей 0,69% С; 0,49% М n ; 0,28% Si и раскисленной в одном ковше ферросилицием и алюминием (вариант 4), в другом — ферросилицием и силикокальцием (вариант 6). Образцы отжигали для получения одинаковой структуры стали и размера действительного зерна. При испытании образцов на машине МВП-10000 (ГОСТ 2860—55) предел выносливости стали в обоих случаях составил 27 кг/мм2 (см. рисунок). Таким образом, неметаллические включения оказывают влияние на усталостные свойства канатной стали лишь при таких размерах образцов, толщина которых соизмерима с размерами включений.
</p>
<p>
Способность канатной стали к холодному волочению в значительной степени зависит от состава содержащих ся в ней неметаллических включений, в особенности окислов алюминия. Так, при волочении катанки из ста ли Т60 (0,58% С; 0,54% М n ; 0,30% Si ), раскисленной в одном ковше ферросилицием и алюминием (вариант 1), а в другом — ферросилицием и силикокальцием (вариант 3), выход годной проволоки на 0,01 мм износа волок в первом случае был на 59% меньше, а расход волок — на 46% больше, чем во втором (табл. 4)
</p>
<p>
Аналогичные результаты были получены при волочении катанки из стали Т60 раскисленной в одном ковше ферросилицием и алюминием (вариант 1), а в другом — только ферросилицием (вариант 2). В первом случае расход волок был на 60% больше, а выход годной про волоки на 35% меньше, чем во втором.
</p>
<p>
В результате исследования установлено, что при раскислении канатной стали без присадок алюминия в ковш значительно уменьшается содержание в ней окислов алюминия и возрастает содержание окислов желе за, кремния и марганца. Это способствует увеличению выхода годной проволоки, снижению износа волок и числа обрывов катанки при холодном волочении. Одна ко при раскислении канатной стали без применения алюминия значительно труднее получить слитки без под- корковых пузырей, а следовательно, и заготовки без рванин и волосовин, особенно при прокатке мелких слитков на заготовку большого сечения.
</p>
<p>
<b>Таблица 4. Технологические показатели волочения катанки диаметром 6 мм*</b>
</p>
<table cellpadding="0" cellspacing="0" align="center" class="table table-bordered">
<tbody>
<tr>
<td rowspan="2" width="132" style="text-align: center;">
<b>Показатели</b>
</td>
<td colspan="5" width="432" style="text-align: center;">
<b>Маршрут</b>
</td>
<td rowspan="2" width="108" style="text-align: center;">
<b>Показатели на партию</b>
</td>
</tr>
<tr>
<td width="84" style="text-align: center;">
<b>5,35</b>
</td>
<td width="84" style="text-align: center;">
<b>4,6</b>
</td>
<td width="84" style="text-align: center;">
<b>4,0</b>
</td>
<td width="84" style="text-align: center;">
<b>3,5</b>
</td>
<td width="96" style="text-align: center;">
<b>3,0</b>
</td>
</tr>
<tr>
<td width="132" style="text-align: center;">
Вес проволоки, т
</td>
<td width="84" style="text-align: center;">
46,5/40,5
</td>
<td width="84" style="text-align: center;">
46,5/40,5
</td>
<td width="84" style="text-align: center;">
46,5/40,5
</td>
<td width="84" style="text-align: center;">
46,5/40,5
</td>
<td width="96" style="text-align: center;">
46,5/40,5
</td>
<td width="108" style="text-align: center;">
-
</td>
</tr>
<tr>
<td width="132" style="text-align: center;">
Износ волок, мм
</td>
<td width="84" style="text-align: center;">
0,32/0,15
</td>
<td width="84" style="text-align: center;">
0,08/0,04
</td>
<td width="84" style="text-align: center;">
0,035/0,03
</td>
<td width="84" style="text-align: center;">
0,185/0,13
</td>
<td width="96" style="text-align: center;">
0,315/0,16
</td>
<td width="108" style="text-align: center;">
-
</td>
</tr>
<tr>
<td width="132" style="text-align: center;">
Вес проволоки, т/0,01 мм износа волок
</td>
<td width="84" style="text-align: center;">
1,45/2,7
</td>
<td width="84" style="text-align: center;">
5,8/10,1
</td>
<td width="84" style="text-align: center;">
13,3/13,5
</td>
<td width="84" style="text-align: center;">
2,5/3,1
</td>
<td width="96" style="text-align: center;">
1,5/2,5
</td>
<td width="108" style="text-align: center;">
4,9/7,8
</td>
</tr>
<tr>
<td width="132" style="text-align: center;">
Число обрывов
</td>
<td width="84" style="text-align: center;">
3,0/-
</td>
<td width="84" style="text-align: center;">
4,0/-
</td>
<td width="84" style="text-align: center;">
3,0/4,0
</td>
<td width="84" style="text-align: center;">
5,0/12
</td>
<td width="96" style="text-align: center;">
15,7/10,6
</td>
<td width="108" style="text-align: center;">
0,65**/0,57
</td>
</tr>
<tr>
<td width="132" style="text-align: center;">
Расход волок, шт
</td>
<td width="84" style="text-align: center;">
3,0/3,0
</td>
<td width="84" style="text-align: center;">
33,0/2,0
</td>
<td width="84" style="text-align: center;">
2,0/2,0
</td>
<td width="84" style="text-align: center;">
7,0/2,0
</td>
<td width="96" style="text-align: center;">
10/6,0
</td>
<td width="108" style="text-align: center;">
0,54***/0,37
</td>
</tr>
<tr>
<td colspan="7" width="672">
* В числителе — сталь, раскисленная в ковше ферросилицием и алюминием (вариант 1), в знаменателе — ферросилицием и силококальцием (вариант 3). <br>
** Число обрывов на 1 т проволоки. <br>
*** Расход волок на 1 т проволоки.
</td>
</tr>
</tbody>
</table>