Внепечная обработка валковой стали / В.Г. Зинченко, И.В.Судоргин («МК ОРМЕТО-ЮУМЗ», г. Орск, РФ)

Внепечная обработка валковой стали

В.Г. Зинченко, И.В.Судоргин («МК ОРМЕТО-ЮУМЗ», г. Орск, РФ)

Прокатные валки являются одним из самых дорогих изнашиваемых инструментов при производстве металлопродукции. В этой связи является важным вопрос оптимального их использования с технической (качество) и экономической (стоимость) точек зрения. С целью обеспечения высоких эксплутационных свойств для изготовления валков используют сложнолегированные стали вплоть до быстрорежущих. Но, обладая в целом хорошим комплексом эксплутационных свойств, они имеют и некоторые отрицательные технические характеристики, например низкую теплопроводность, а главное - высокую стоимость.

В тоже время можно попытаться улучшить свойства валков из углеродистой и относительно недорогой легированной стали за счет модифицирования. Известно, что за счет введения в металл небольших (менее 0,1%) активных добавок при неизменном марочном составе металла часто удается существенно повысить технологические и эксплутационные свойства металла. При этом наиболее заметный эффект достигается при комплексном модифицировании, когда в металл вводят несколько разных модификаторов.

В данной работе обработку расплава для отливки заготовок стальных крупногабаритных цельнокованых валков массой до 47 тн. проводили на установке «ковш-печь» порошковой проволокой с наполнителями-силикокальцием, комплексной цирконий-алюминий-кремниевой лигатурой ЦрСА и комплексным Ca-Mg-Ba-Al-Si-РЗМ-содержащим модификатором Insteel-3. Обработке подвергали углеродистую сталь 50 и легированную 60ХН, выплавленные в печи ДСП 50, и ДСП 50+ДСП 12. После обработки металл разливали в слитки массой 27…47 тн, заготовки подвергались ковке и термообработке. В деформированном состоянии вырезали пробы от шейки и бочки валка, в которых исследовали химический состав, содержание газов, макро-и микроструктуру, загрязненность неметаллическими включениями, природу неметаллических включений и механические свойства.

Результаты исследования серных отпечатков свидетельствуют о более равномерном распределении серы по сечению заготовок и изменении природы сульфидных включений при всех видах используемого модификатора. Наиболее полная трансформация сульфидных и оксидных включений происходит под действием комплексного модификатора Insteel-3; при этом существенно снижается загрязненность металла неметаллическими включениями поверхностной(рабочей) зоны бочки валка глубиной до 50 мм. Увеличивается число «чистых» полей зрения при оценке загрязненности металла неметаллическими включениями.

I Модифицирование валковой углеродистой стали 45 и 50 порошковой проволокой с наполнителем Zr-Si-Al лигатурой ЦрСА

Жидкий расплав ст.45-50 получали в 50-тн. электропечи с последующей обработкой на АКОСе. В конце обработки вводили порошковую проволоку с наполнителем ЦрСА в количестве до 400 г/тн. и разливали в кузнечные слитки развесом 40-50 тн. Содержание циркония в металле 0,003 – 0,008%. Для исследования микро и макроструктуры, загрязненности неметаллическими включениями и механических свойств вырезались из кованной и термообработанной заготовки валка кольцевая проба от бочки, поперечный темплет от шейки валка и продольная проба на механические свойства. Анализ загрязненности неметаллическими включениями проводился по АSТМ Е- 45 методом Д сравнения с эталонами.

Проба на механические испытания вырезана на расстоянии 1/3 R поковки от поверхности.

Ударная вязкость KCU+20оС возросла с 4,0 кгсм/см2 до 7,3 кгсм/см2 по сравнению с обычным металлом.

Модифицирование цирконий-кремний-алюминевой лигатурой привело к измельчению оксидов и сульфидов и незначительному снижению загрязненности сульфидными включениями.

Достигнуто снижение загрязненности оксидными включениями почти в 1,5 раза.

II Модифицирование легированной стали 50ХН-60ХН для валков горячей прокатки порошковой проволокой Insteel-3.

Выплавка осуществлялась в 50 тн. и 12 тн. электропечах с последующей обработкой на АКОСе. Разливали в кузнечные слитки весом от 19,7 до 44 тн.

Модифицирование производилось комплексным модификатором Ca-Mg-Ba-Al-Si-PSM (Insteel-3). Расход модификатора составил 600-800 г/тн. обрабатываемой стали.

Для проведения макро и микроанализа из заготовок валков вырезались поперечный темплет от шейки и кольцо от бочки валка.

Анализ загрязненности неметаллическими включениями производился по ASTM Е-45 методом Д сравнения с эталонами.

Средняя загрязненность металла по ASTM (по трехбалльной шкале) составляет с поверхности бочки на глубину до 70 мм.

По результатам химического анализа выявлена незначительная ликвация углерода, серы и фосфора от поверхности к центру (С-0,01- 0,02%, S,Р – 0,002 – 0,003%).

Серные отпечатки от поперечных темплетов с шеек валков показывают более равномерное распределение неметаллических включений по сечению заготовок валков по сравнению с обычным металлом.

На легированной стали 50ХН – 60ХН обработанной комплексным Ca-Mg-Ba-Al-Si-PSM содержащим модификатором Insteel-3 привело к значительному измельчению и снижению загрязненности оксидными и сульфидными включениями. Удалось подавить склонность к образованию трещин в процессе ковки и термообработки. Значительная часть сульфидов (оксисульфиды оценивались по шкале сульфидов) и часть оксидных включений приобрела форму глобулей.

III Модифицирование легированной стали 50ХН-60ХН последовательно проволокой ЦрСА и Insteel-3.

На легированных сталях 50ХН-60ХН для валков горячей прокатки проведено ряд плавок комплексного модифицирования где последовательно вводились Zr-Si-AI и Ca-Mg-Ba-Al-Si-РЗМ лигатуры в количестве 0,45 кг/тн и 0,75 кг/тн обрабатываемой стали соответственно. Для проведения микро- и макроанализа из заготовок валков вырезались поперечный темплет и кольцевая проба от бочки валка.

Анализ загрязненности неметаллическими включениями производился по ASTM Е-45 методом сравнения с эталонами.

Средняя загрязненность металла по ASTM с поверхности бочки на глубину 70 мм составила:

Оксидами – от.0,5 до 0,7 балла

Сульфидами – от 0,6 до 1,22 балла.

Количество чистых полей – 33-50,5%.

Выводы

1. В результате модифицирования жидкой стали на AKOCе, Zr-Si-Al лигатурой, комплексным модификатором Са-Мg-Вa-Al-Si-PSM (Insteel-3) значительно удалось снизить загрязненность неметаллическими включениями по:

• оксидам до 0,33 балла
• сульфидам – до 0,35 балла по ASTM-Е-45 на рабочей поверхности валка. (Взяты min значения с использованием Insteel-3).

1. Серные отпечатки от поперечных темплетов с шеек валков показывают более равномерное распределение неметаллических включений по сечению заготовок по сравнению с обычным металлом.
2. Количество чистых полей увеличилось с 70% до 87% на углеродистых и с 16% до 50% на легированных марках сталей.
3. Удалось подавить склонность к образованию трещин при ковке и термообработке за счет значительного снижения загрязненности по оксидным включениям (корунда) и вытянутых в направлении деформации легко-плавких сульфидных включений.
4. Влияние циркония, обладающего большим сродством к азоту, предстоит изучить в процессе дополнительных испытаний.