Влияние неметаллических включений на свойства катанки и проволоки. Бюллетень ин-та "Черметинформация", 1970, №13

Влияние неметаллических включений на свойства катанки и проволоки. Бюллетень ин-та "Черметинформация", 1970, №13

И.И. Боков, Л.Г. Шуб, А.Г. Лысенко, Е.И. Андреев,
В.И. Телятников, Е.И. Дядюшкина, М.П. Хлесткин

Челябииским научно-исследовательским институтом металлургии совместно с Белорецким металлургиче ским комбинатом исследованы содержание и химиче ский 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 ранее1. Способы раскисления и химический со став стали приведены в табл. 1.

При выпуске плавки в два ковша исследовали по одному (от каждого ковша) слитку со второго поддона. Каждый опытный слиток прокатывали на семь загото вок 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 электроли тического растворения, а также пробы для определения содержания кислорода в стали методом вакуум-плав ления.

Образцы для изготовления шлифов отбирали также о т двух мотков катанки, полученных при прокатке чет вертой заготовки каждого слитка. Из каждого мотка вырезали по шесть образцов (по два от концов и середины).

Загрязненность стали неметаллическими включениями оценивали по среднему баллу для каждой пар тии шлифов, полученных из одного слитка. В свою оче редь средний балл включений подсчитывали как среднее арифметическое из максимального балла для каждого шлифа и для каждого вида включений в соответствии с ГОСТ 1778-62.

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 свидетельст вует 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, обра зуя отдельные мелкие включения и строчки оксидов.

При раскислении стали в ковше алюминием (вариан ы 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).

При изменении способа раскисления стали изменяется не только состав, но и размеры неметаллических включе ний. Так при раскислении стали в ковше ферросилици ем совместно с силнкокальцием (вариант 6) величина глобулярных включений резко уменьшается. Таким образом, возникновение глобулярных включений в стали связано не столько с применением силикокалышя как раскислителя, сколько со степенью раскисленности ме талла и порядком ввода раскислителей.

Содержание устойчивых против растворения в электролите неметаллических включений в стали, выделенных методом элек тролитического 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 неметалличе ских включений в стали, но при этом несколько снижа ется 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 присад ки 75%-ного ферросилиция в ковш (варианты 5 и 6) в стали содержится только 0,004% А1.

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 фер росилицием и силикокальцием (вариант б). Аналогич ные результаты были получены при исследовании содер- жания и состава включений в заготовках, полученных из нижней и верхней частей слитка, а также при повтор* ном выборочном определении включений в заготовках, полученных из средней части слитка.

Таблица 1. Способы раскисления и химически состав стали

Способ раскисления Условный номер варианта Химический состав, %
присадка в печь Присадка в ковш С Si М n S Р Сг С u Ni
Ферромарганец ФС75 (4,5 - 5,0 кг/т) и Al (200 - 300 кг/т) 1 0,62 0,29 0,45 0,025 0,016 0,08 0,07 0,08
ФС75 (5,0 - 5,5 кг/т) 2 0,63 0,26 0,51 0,028 0,015 0,10 0,09 0,10
ФС75 (4,0 - 4,5 кг/т) и SiCa (1,0 кг/т) 3 0,57 0,26 0,43 0,024 0,016 0,07 0,07 0,13
Ферромарганец и доменный ферросилиций ФС75 (2,0 - 2,2 кг/т) и Al (200 - 300 кг/т) 4 0,65 0,33 0,60 0,028 0,024 0,08 0,09 0,09
ФС75 (2,0 - 2,5 кг/т) 5 0,65 0,33 0,60 0,028 0,023 0,10 0,09 0,10
ФС75 (1,0 - 2,0 кг/т) и SiCa (1,0 кг/т) 6 0.62 0,30 0,59 0,025 0,018 0,08 0,03 0,09

Таблица 2. Неметаллические включения в металле заготовки (в числителе) и катанки (в знаменателе) при различных вариантах раскисления стали, средний балл.

Вариант Оксиды Силикаты сульфиды
хрупкие недефор мированные пластичные
1 3,0/ 1,8 - -/0,5 - 4,0 0,5
2 1,0/ 0,5 -/1,0 1,0/1 ,5 4,3/0,5 3,3/ 1,0
3 - -/1,0 4,0/ 1 ,0 4,8/- 3,7/2,0
4 3,0/ 1,0 -/0,5 - -/0,5 4,0/ 0,5
5 - -/0,5 -/0,5 4,0/ 1,0 3,7/ 1,0
6 - -/0,5 -/0,5 4,5/ 0,5 4,0/ 1,0

Таблица 3. Содержание и химический состав неметаллических включений и стали при различных вариантах раскисления

Вариант Общее содержа ние включений, %*10^-4 Содержание кислорода, %*10^ -4 Химический состав, %
Al2SiO3 SiO2 FeО MnО
1 53 54 91 ,2 4,0 1,6 1,8
2 33 70 48,7 28,7 2,7 8,7
3 6 88 19,7 57,0 7,0 14,0
4 58 47 78,4 5,7 1,3 следы
5 37 78 32,6 47,1 5,2 1,9
6 26 69 20,0 42,0 23,4 8,2

Общее содержание кислорода в металле, раскисленном алюминием, в среднем на 54% меньше, чем в ме талле, раскисленном без применения алюминия. Поэто му вероятность образования подкорковых пузырей в слитке при раскислении стали без применения алюминия значительно выше.

Как показали металлографические исследования, в стали, раскисленной без применения алюминия, значи тельная часть кислорода содержится во включениях, которые растворяются в электролите, и поэтому не обна руживаются при электролитическом растворении образцов. Таким образом, при раскислении стали без применения алюминия общее содержание в ней неметалличе ских включений не уменьшается.

Механические свойства катанки диам. 6 мм (ГОСТ 1457—60) не зависят от содержания и состава неметаллических включений в канатной стали. Неболь шие колебания механических свойств катанки обуслов лены различием химического состава стали, а также не равномерностью свойств катанки в различных частях мотка, что вызвано условиями прокатки.

Действительное зерно стали при любом варианте раскисления оценивалась баллом 7—8. Размер зерна аусте нита при раскислении стали с применением алюминия составлял 6—8 баллов, а при раскислении без примене ния алюминия 4—6 баллов.

Не установлено также влияния неметаллических включений на механические свойства проволоки диам. 1 мм до и после старения. Проволоку диам. 1 мм полу чали 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 па тентировании промежуточной заготовки диам. 2,3 мм.

При определении усталостных свойств проволоки диам. 1 мм до и после старения на пробежной машине ПТ-2 (блок размером 150 мм, нагрузка 10% от разрыв ного усилия) наблюдали увеличение выносливости (чи сла циклов) проволоки из стали, раскисленной без применения алюминия и содержащей неметаллические включения в основном в виде сульфидов и пластичных силикатов.

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 дру гом — ферросилицием и силикокальцием (вариант 6). Образцы отжигали для получения одинаковой структуры стали и размера действительного зерна. При испы тании образцов на машине МВП-10000 (ГОСТ 2860—55) предел выносливости стали в обоих случаях составил 27 кг/мм2 (см. рисунок). Таким образом, неметалличе ские включения оказывают влияние на усталостные свойства канатной стали лишь при таких размерах об разцов, толщина которых соизмерима с размерами включений.

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)

Аналогичные результаты были получены при волоче нии 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.

В результате исследования установлено, что при рас кислении канатной стали без присадок алюминия в ковш значительно уменьшается содержание в ней окис лов 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 алю миния 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.

Таблица 4. Технологические показатели волочения катанки диаметром 6 мм*

Показатели Маршрут Показатели на партию
5,35 4,6 4,0 3,5 3,0
Вес проволоки, т 46,5/40,5 46,5/40,5 46,5/40,5 46,5/40,5 46,5/40,5 -
Износ волок, мм 0,32/0,15 0,08/0,04 0,035/0,03 0,185/0,13 0,315/0,16 -
Вес проволоки, т/0,01 мм износа волок 1,45/2,7 5,8/10,1 13,3/13,5 2,5/3,1 1,5/2,5 4,9/7,8
Число обрывов 3,0/- 4,0/- 3,0/4,0 5,0/12 15,7/10,6 0,65**/0,57
Расход волок, шт 3,0/3,0 33,0/2,0 2,0/2,0 7,0/2,0 10/6,0 0,54***/0,37
* В числителе — сталь, раскисленная в ковше ферросилицием и алюминием (вариант 1), в знаменателе — ферросилицием и силококальцием (вариант 3).
** Число обрывов на 1 т проволоки.
*** Расход волок на 1 т проволоки.

Другие Сталь: