УДК 621.746.047:669.85/.86
ОПЫТ ПРОИЗВОДСТВА НЕПРЕРЫВНОЛИТЫХ ЗАГОТОВОК ИЗ ТРУБНЫХ СТАЛЕЙ, ЛЕГИРОВАННЫХ РЗМ
© Топоров Владимир Александрович1, технический директор; Степанов Александр Игоревич1, канд. техн. наук; Мурзин Александр Владимирович1, e-mail: MurzinAV@stw.ru; Житлухин Евгений Геннадьевич1; Дресвянкина Людмила Евгеньевна1; Мелинг Вячеслав Владимирович1
Пащенко Сергей Витальевич2, e-mail: Paschenko@ferrosplav-chel.ru; Радченко Юрий Анатольевич2; Онищук Виталий Прохорович2
1ОАО «Северский трубный завод». Россия, г. Полевской Свердловской обл. 2ЗАО «Ферросплав». Россия, г. Челябинск Статья поступила 15.04.2014 г.
СЕВЕРСКИЙ
ТРУБНЫЙ ЗАВОД
В условиях ОАО «СТЗ» разработана технология производства непрерывнолитых заготовок из трубных сталей, легированных церием, которая позволяет достичь высокой однородности распределения РЗМ в объеме металла и получить удовлетворительную разливаемость металла на МНЛЗ в автоматическом режиме до 900 т жидкого металла.
Ключевые слова: коррозионностойкие трубные стали; сквозная технология; редкоземельные металлы; комплексный модификатор; неметаллические включения; разливаемость металла.
Применение редкоземельных металлов (РЗМ) в качестве модификаторов повышает качество нержавеющих, быстрорежущих, низкоуглеродистых, жаропрочных и других сталей, специальных сплавов и чугунов благодаря улучшению механических свойств (особенно ударной вязкости), коррозионной стойкости, чистоты по газам и вредным примесям и т.д. В низколегированных сталях скорость развития коррозии определяется химическим составом, структурой, загрязненностью стали неметаллическими включениями и другими параметрами. Основным фактором, определяющим зарождение и скорость коррозии, является химический и фазовый состав неметаллических включений (НВ). Наиболее эффективное воздействие на НВ оказывает обработка стали комплексными модификаторами, содержащими кальций и РЗМ [1-3]. Изготовленные из таких сталей трубы характеризуются повышенной коррозионной стойкостью (патент РФ на изобретение № 2324759).
При производстве трубных сталей осуществляются глубокое раскисление расплава алюминием и модифицирование кальцием для обеспечения нормальной разливки металла на МНЛЗ, что приводит к образованию в жидкой и твердой стали НВ на основе алюминатов кальция (оксидных и оксисульфидных).
Для производства трубной стали повышенной коррозионной стойкости, кроме снижения уровня загрязненности стали неметаллическими включениями, важным является изменение их химического состава. На основании этого появилась необходимость разработки технологии производства трубных сталей, обработанных РМЗ и содержащих нормированное количество церия. Получение заданного содержания церия в стали не является проблемой при использовании порошковой проволоки, содержащей в качестве компонента наполнителя РЗМ. Основной трудностью является обеспечение стабильности серийной разливки церийсодержащего металла на МНЛЗ, что связано с образованием тугоплавких, имеющих высокую плотность и трудноудаляемых из расплава оксидов РЗМ.
Поставленная задача решалась специалистами ОАО «Северский трубный завод» (г. Полевской) и ЗАО «Ферросплав» (г. Челябинск) на основе комплексного подхода, предполагавшего получение металла требуемого качества обработкой технологически подготовленного к модифицированию расплава специальным материалом, вводимым порошковой проволокой.
Подготовка к проведению работы заключалась в следующем.
1. На основании анализа физических и термодинамических свойств активных элементов [4-6]
Таблица 1. Химический состав металла опытных плавок
Проба металла Содержание, мас. %
C Mn Si Al Ca Ce La
после УБ 0,19-0,21 0,54-0,57 0,21-0,25 0,008-0,011 0,0008- 0,0011 0,0022-0,0030 0,0004-0,0007
МНЛЗ 0,19-0,21 0,54-0,57 0,21-0,25 0,007-0,010 0,0007-0,0010 0,0017-0,0023 0,0003-0,0005
разрабатывался и изготавливался комплексный наполнитель порошковой проволоки оптимального состава, обеспечивающий получение в не-прерывнолитой заготовке заданное содержание кальция и церия, формирование в готовом металле комплексных неметаллических включений оптимального состава, содержащих РЗМ.
2. Корректировалась существующая технология выплавки, внепечной обработки трубного металла на установке ковш-печь и вакууматоре, обеспечивающая получение в стали требуемого содержания церия и стабильную серийную разливку металла на МНЛЗ.
Оптимальный состав наполнителя порошковой проволоки выбирали на базе системы Са-Ва-РЗМ-БЬ Кальций, барий и церий имеют одни из самых высоких значений термодинамической активности и сродства к кислороду и сере. При температурах внепечной обработки стали кальций находится в парообразном состоянии с высоким парциальным давлением, барий — в жидком состоянии и с низким парциальным давлением. При этом, несмотря на высокую термодинамическую активность бария к примесным элементам в связи с его ничтожной растворимостью в жидкой стали, ни барий, ни продукты его взаимодействия, по существующей информации, как правило, в стали не обнаруживали. Церий имеет низкое парциальное давление, но продукты реакций имеют высокую плотность и плохо удаляются из жидкой стали, что приводит к затягиванию сталеразливочных стаканов при разливке металла и даже полному прекращению разливки. Опыт показал, что только комплексное использование вышеуказанных элементов в необходимом соотношении может привести к положительному интегральному эффекту модифицирования стали и ее стабильной серийной разливке. Кремний, входящий в состав материала, образуя интерметаллид-ные соединения с кальцием, барием и РЗМ, влияет на активность ведущих элементов
в наполнителе при взаимодействии с жидкой сталью, обеспечивая пролонгацию их действия. В результате был создан новый комплексный наполнитель - Бо^ее! 12С, содержащий кремний, кальций, барий, РЗМ и железо.
По результатам анализа текущей технологии выплавки и внепечной обработки трубного металла были разработаны варианты технологии производства сталей, микролегированных церием, с корректировкой регламента и режимов обработки стали на выпуске из ДСП, в ковше-печи и вакууматоре.
Опытные плавки были проведены по выбранным вариантам режимов раскисления стали, модифицирования в ковше-печи и вакууматоре порошковыми проволоками с наполнителями силикокальций (СК30) и Бо^ее! 12С. При проведении плавок расход комплексного наполнителя Бо^ее! 12С составлял 50-70 кг на ковш. Цель проводимых плавок - оценка усвоения и полученных содержаний кальция и церия, а также раз-ливаемости стали на МНЛЗ. Анализ полученных результатов подтвердил правильность выбранных регламентов и режимов обработки. Изменения химического состава металла опытных плавок, отобранного после вакуумной обработки и на МНЛЗ, приведены в табл. 1.
Все опытные плавки разливались без замечаний, в автоматическом режиме с гарантированной продолжительностью непрерывной разливки до шести часов. Визуальный осмотр стаканов-дозаторов и погружных стаканов показал, что внутренняя поверхность металлопроводки была до-
Таблица 2. Макроструктура темплетов и размеры неметаллических включений опытных плавок
Номер плавки Макроструктура НЛЗ, балл Микроструктура НЛЗ, балл
ЦП ОЛ ЛПТоб ЛПТ КТЗ Оксиды Сульфиды Силикаты
3059 0,50 1,50 0 0 0 0,50 0,60 1,10
3060 1,50 2,00 0 0 0 0,60 0,50 1,00
3061 0,50 1,50 0 0 0 0,90 0,50 1,00
3067 - - - - - 0,70 0,50 1,00
3068 - - - - - 1,00 0,50 1,20
3069 - - - - - 0,70 0,50 0,80
3070 1,50 1,50 0 0 0 1,00 0,50 1,20
3071 - - - - - 0,50 0,70 0,80
Таблица 3. Параметры неметаллических включений при внепечной обработке и в маркировочной пробе
Технологический этап плавки Параметры неметаллических включений
Плавка 5502 Плавка 3059
плотность частиц, шт./мм2 средний размер частиц, мкм объемная доля частиц, % плотность частиц, шт./мм2 средний размер частиц, мкм объемная доля частиц, %
После ковша-печи 253 1,74 0,079 50,8 2,66 0,056
После вакуумирования 160 2,1 0,087 46 3,14 0,079
После ввода проволоки Бо^ее! 12С 68 2,97 0,083 31,3 4,28 0,077
Маркировочная проба 110 2,47 0,09 84,3 2,81 0,08
Таблица 4. Состав неметаллических включений в стали
Плавка Содержание элементов, мас. %
O Al Mg S Ca Ce La
3060 (16 спектров) 14,0-23,0 5,0-12,0 1,35-5,12 3,0-16,7 5,0-10,0 23,0-57,0 5,50-11,00
3067 (11 спектров) 10,3-30,0 3,0-14,0 0,87-5,23 1,40-27,10 3,10-24,10 15,30-55,70 5,30-10,90
3071 (14 спектров) 10,0-35.0 4,10-8,29 1,34-8,7 4,10-19,30 6,50-17,10 31,10-44,00 5,00-13,10
статочно чистой, без явных признаков отложений продуктов раскисления.
На ряде опытных плавок от непрерывноли-тых заготовок отобраны темплеты для контроля макро- и микроструктуры, на которых определяли загрязненность металла неметаллическими включениями, оцениваемую по балльной шкале. Результаты анализа приведены в табл. 2.
В дополнение к этим анализам на двух плавках оценивали параметры НВ по ходу внепечной обработки и в маркировочной пробе (табл. 3).
На металле, выплавленном по различным технологическим режимам, на растровом микроскопе GEOL GSM 6490 анализировали составы НВ. Изменения составов основного типа включений представлены в табл. 4.
Как видно из проведенного рентгено-спектрального анализа, основной тип неметаллических включений представлен комплексными
частицами, ядра которых в основном содержат кислород, церий и лантан. В меньшем количестве в ядрах находятся кальций, алюминий, кроме того, в ядрах встречается и сера. В отдельных редких НВ встречается барий в количестве 0,802,30 мас. %. Некоторые ядра НВ, кроме того, содержат карбонитриды титана. Встречаются от-
Спектр O Mg Al S Ca Mn Fe Cu Ba La Ce Итого
Спектр 1 15,39 1,08 7,95 1,36 3,09 - 2,6 - 1,9 10,91 55,72 100
Спектр 2 6,11 1,82 2,32 26,34 21,7 6,08 4,52 1,24 - 4,18 25,69 100
Спектр1
Спектр 2
Рентгеновский спектр ядра и оболочки включения (плавка 3067)
дельные частицы нитридов титана, сульфидов марганца. Оболочка неметаллических включений преимущественно состоит из сульфидов кальция. На рисунке показаны внешний вид и рентгеновский спектр ядра и оболочки типичного включения.
Заключение. 1. Разработан комплексн
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.