НАУКА • ТЕХНИКА . ПРОИЗВОДСТВО | 45
- • ^-■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■нннн^ннннн
УДК 620.197
ПОВЫШЕНИЕ КОРРОЗИОННОЙ стойкости УГЛЕРОДИСТЫХ И НИЗКОЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ ДЛЯ АВТОМОБИЛЕСТРОЕНИЯ ПУТЕМ ОПТИМИЗАЦИИ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ
©Е.Х.Шахпазов, И.Г.Родионова, О.Н.Бакланова, А.И.Зайцев, Д.А.Бурко,
ФГУП «ЦНИИчермет им. И.П.Бардина», А.Д.Горин, ОАО «АвтоВАЗ», С.Д.Зинченко, ОАО «Северсталь»
При освоении производства отечественных автолистовых сталей с повышенными потребительскими свойствами следует исходить из необходимости обеспечения их конкурентоспособности, учитывая особенности оборудования металлургических предприятий.
Одной из наиболее важных является проблема повышения коррозионной стойкости материала кузова автомобиля и других узлов и деталей. До последнего времени считалось, что коррозионная стойкость автолистовых низкоуглеродистых и низколегированных сталей различается незначительно, что невозможно существенно повлиять на нее, изменяя химический состав, чистоту по неметаллическим включениям (НВ), технологические параметры производства стали. Поэтому единственным направлением борьбы с коррозией на данном этапе принято считать нанесение защитных покрытий: цинковых, лакокрасочных и др. В то же время по результатам переговоров с представителями автомобильных заводов, а также на основе анализа опыта эксплуатации различных отечественных и зарубежных автомобилей можно сделать вывод о различной коррозионной стойкости самих автолистовых
сталей в зависимости от марки, завода-поставщика и технологических параметров производства.
Установлено, что коррозионная стойкость углеродистых и низколегированных сталей существенно снижается в присутствии коррозионно-активных неметаллических включений (КАНВ) [1]. Эти включения, как правило, содержат кальций и образуются в процессе внепечной обработки металла в ковше с участием высокоосновного шлака при определенных технологических параметрах. После обработки специальным реактивом [2] в автолистовых сталях 08Ю и 08ГСЮФ выявлены КАНВ размерами от долей до 100 мкм и более (рис. 1). При этом распределение их носит неравномерный характер: встречаются единичные крупные включения, а также скопления включений различных размеров, которые могут вызывать ускоренное развитие коррозионных процессов в водных средах, содержащих ионы хлора, и во влажной атмосфере.
Отрицательное влияние КАНВ на коррозионную стойкость автолистовых сталей установлено при исследовании образцов холоднокатаной автолистовой стали типа 08Ю при входном контроле на АвтоВАЗе. Были выявлены двусторонние симметричные или
С.)
>:£!Щ
т.
. ¿-'4)
... ■» -'Ф.,
€
X 400 X 200
Рис. 1. Вид поверхности шлифа при выявлении КАНВ в образцах сталей 08ГСЮФ (я) и 08Ю (б)
46 НАУКА . ТЕХНИКА . ПРОИЗВОДСТВО
Рис. 2. Развитие коррозионного поражения на поверхности автолистовой холоднокатаной стали:
а - выдержка менее 20 ч; б - выдержка 1 нед.; в - выдержка 2 нед. х 100.
односторонние темные пятна, идентифицированные как проявление коррозии. Для уточнения роли КАНВ в ее образовании исследовали образцы, вырезанные из участков с дефектами и без них. Исследования проводили на микрошлифах, приготовленных по сечению проката и со стороны поверхности. Обработка полированной поверхности образцов, вырезанных из дефектных участков, по методике выявления КАНВ [2] показала присутствие в стали мельчайших частиц кальцийсодержащих включений, которые проявились в виде слабых поражений матрицы (частицы в прямоугольнике на рис. 2, а). Располагались эти частицы в виде скоплений как на поверхности проката, так и в глубине металла. Такой вид поражения матрицы наблюдали сразу после обработки образцов реактивом. Уже на следующий день в местах выявления включений стали интенсивно протекать коррозионные процессы, и поверхность приобрела вид, показанный на
-у * ;
■I ■
- - ' . * ;л * .
•• •
Рис. 3. Вид КАНВ в стали 08Ю, х 200.
рис 2, а. Развитие коррозионных процессов происходило в обычной атмосфере лабораторного помещения вдали от каких-либо источников влаги или других агрессивных сред. Через неделю нитевидные очаги коррозии стали сливаться, образуя обширные зоны поражения (рис. 2, б). Через две недели произошло слияние и этих зон (рис. 2, в), и процесс на этом не прекратился, а стал распространяться дальше в виде нитевидной коррозии. Ранее [3] встречались данные о том, что нитевидная коррозия развивается от шлаковых включений. Учитывая, что большая часть КАНВ образуется при участии шлаковой фазы, их роль в формировании очагов нитевидной коррозии представляется закономерной.
В ЦНИИчермете им. И.П.Бардина исследовали образцы из сталей 08Ю и 08пс различных заводов-производителей. Основанием для этого послужили результаты коррозионных испытаний указанных образцов в нейтральном солевом тумане, проведенные в ОАО «АвтоВАЗ» с целью оценки защитных свойств ингибированных полиэтиленовых пленок. По окончании испытаний на обезжиренных образцах одной из плавок стали 08Ю имело место коррозионное поражение поверхности при длительности испытаний 336 ч независимо от типа применяемой защитной пленки, в то время как на других образцах в аналогичных условиях испытаний следов коррозии на поверхности не обнаружено. Из каждого образца изготавливали по пять поперечных шлифов длиной 40 мм. После обработки образцов специальным реактивом анализировали поверхность шлифа. Установлено, что в трех из пяти образцов в стали 08Ю присутствуют единичные КАНВ, содержащие сложные сульфиды (рис. 3), в то время как в образцах других исследованных сталей такие
Ш',
жйш
НАУКА.ТЕХНИКА•ПРОИЗВОДСТВО 47
23001-.-п-1-1-г
2200
2100 -
2000-
К
1900
1800
1700
СаО 0.2 „ А 0.4 0.6
С3А СА СА2
^(АЬО.,)
0.8 АЬ03 СА„
Рис. 4. Диаграмма состояния системы Са0-А1203:
С3А = ЗСа0-А1,03; СА = Са0-А120:);
СА, = СаО-2А1,Ь,; СА, = СаО-6А1 О
2 2 3 6 2 ,5
включения не выявлены. Вероятно, их присутствие в образцах стали 08Ю могло способствовать развитию коррозионных процессов на их поверхности даже в условиях защиты ингибированными материалами.
Для разработки технологических рекомендаций по обеспечению чистоты автолистовых сталей по КАНВ были проанализированы возможные механизмы их образования с учетом особенностей технологии выплавки и внепечной обработки стали.
Применительно к автолистовым сталям следует учитывать следующие источники образования КАНВ: 1. При раскислении металла и модифицировании продуктов раскисления в процессе внепечной обработки может происходить образование твердых частиц; в случае раскисления сталей алюминием - это включения А12Оэ или алюминатов кальция. Формирование частиц алюминатов кальция происходит при обработке расплава известью или в результате взаимодействия А12Оэ с ковшовым шлаком, особенно при высокой его основности (высокой термодинамической активности СаО). Такие частицы имеют малые размеры и поэтому не успевают переходить в шлак в процессе внепечной обработки, остаются в металле, являясь потенциальными источниками КАНВ, катастрофически снижающими коррозионную стойкость готовой продукции.
Наиболее рациональный путь уменьшения количества НВ такой природы состоит в регламентировании соотношения масс вводимых алюминия и извести (с учетом состава ковшового шлака) таким образом, чтобы в результате их суммарного взаимодействия с кислородом происходило образование жидких компо-
зиций, переходящих из металла в шлак намного быстрее твердых: состав сформированных алюминатных включений должен соответствовать области стабильности жидкой фазы на диаграмме состояния системы Са0-А1205 (рис. 4) при температуре ковшовой обработки [4]. Суммарный результат процессов образования и модифицирования неметаллических фаз в стали зависит от большого числа термодинамических и кинетических параметров. Поэтому после теоретического физико-химического расчета оптимального соотношения масс вводимых ингредиентов для конкретного состава шлака (области составов) необходима адаптация полученных результатов к конкретным условиям процесса обработки металла. Установлено, что при низких значениях отношения концентраций Са0/А120; в ковшовом шлаке (0,5-1,0) для обеспечения формирования жидких включений и повышения чистоты стали по КАНВ необходимо поддерживать отношение масс вводимых извести и алюминия на высоком уровне - не ниже единицы, а, возможно, и не менее 1,5.
Другим способом повышения чистоты стали по КАНВ, который может быть использован и при неоптимальном соотношении вводимых добавок, является создание условий для формирования сравнительно крупных частиц (желательно не менее 3-5 мкм), что достигается введением раскислителей при температуре металла не ниже 1600 °С. Твердые частицы больших размеров могут быть удалены из металла в шлак путем оптимизации температурно-временных параметров продувки аргоном. Очевидно, что такой способ менее эффективен, так как возможны увеличение продолжительности процесса и снижение производительности. Кроме того часть КАНВ может остаться в металле и снизить его коррозионную стойкость.
2. Другой источник загрязнения автолистовых сталей КАНВ связан с перемешиванием металлической и шлаковой фаз при продувке аргоном или с введением корректирующих присадок. Он особенно отчетливо проявляется при неблагоприятном, гетерогенном (присутствие значительной доли кристаллических фаз) составе ковшового шлака. В этом случае может происходить затягивание в металл крупных шлаковых включений размерами до 100 мкм и более. Такой процесс реализуется в большей степени при одновременном введении большой массы добавок, что приводит к существенному локальному снижению температуры металла. Основной путь предотвращения загрязнения стали КАНВ такой природы состоит в оптимизации состава ковшового шлака с учетом его изменения в процессе внепечной обработки (исключение или сведение к минимуму возможности образования в шлаке твердых фаз), оптимизации режимов продувки, введения присадок.
Выполнение предложенных рекомендаций при производстве автолистовых сталей позволяет повысить их чистоту по КАНВ и, следовательно, коррозионную стойкость.
Кроме исследования КАНВ в автолистовых
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.