УДК 669-147
ПРИМЕНЕНИЕ НЕПРЕРЫВНОЛИТОЙ ЗАГОТОВКИ КРУГЛОГО СЕЧЕНИЯ ДЛЯ СОРТОПРОКАТНОГО ПРОИЗВОДСТВА
© Лубе Игорь Иванович, e-mail: Lube_ii@chf-trubodetal.ru; Ботников Сергей Анатольевич, e-mail: Botnikov_sa@chf-trubodetal.ru; Турбар Валерий Павлович, e-mail: Turbar_vp@chf-trubodetal.ru Филиал ОАО «Трубодеталь». Россия, г. Чусовой Статья поступила 28.03.2014 г.
Представлены анализ различных технологических схем производства сортового проката, преимущества и недостатки проката сортовых профилей из непрерывнолитой заготовки круглого и квадратного сечения. Выполнен литературный обзор ранее проведенных исследований в области использования непрерывнолитой заготовки круглого сечения в качестве заготовки для сортопрокатного производства.
Ключевые слова: круглая непрерывнолитая заготовка; квадратная непрерывнолитая заготовка; сортовая МНЛЗ; качество сортового проката; коэффициент суммарной вытяжки.
С целью определения возможности производства сортовых (рессорных) профилей из непрерывнолитой заготовки (НЛЗ) углеродистых и легированных сталей круглого сечения диам. 200 мм был выполнен литературный обзор открытых отечественных и зарубежных источников за период с 1980 г. по настоящее время, а также систематизированы результаты ранее проведенных исследований и опытно-промышленного производства проката из НЛЗ. Установлено, что технологическая схема производства сортовых профилей из НЛЗ круглого сечения в условиях среднесортных и мелкосортных станов не получила широкого распространения в России и за рубежом по следующим причинам [1].
1. Большинство сортопрокатных цехов использовали для нагрева заготовок методические нагревательные печи с механизмом их перемещения торцевого (толкательного) типа и боковой выдачей, что не позволяло обеспечить нормальное перемещение круглой заготовки в рабочем пространстве печи и равномерный нагрев заготовки по всему периметру поперечного сечения.
2. Калибровка валков обжимных клетей как реверсивного, так и непрерывного типа, постро-
2 енная по классическому принципу «круг - овал ™ - ромб - квадрат», предусматривала кантовку - овального профиля на 90°, что требует тщатель-^ ного позиционирования и жесткой входной про-^ водки для подачи в калибр в вертикальном поло-Ц жении овального профиля, характеризующегося £ высокой нестабильностью и боковым сваливани-
ем, что значительно осложняет условия захвата заготовки валками.
3. В общей структуре сортовых МНЛЗ первоначально более широкое распространение получили установки с кристаллизатором прямоугольной и квадратной форм. МНЛЗ с кристаллизаторами круглого сечения получили широкое распространение только в начале 1990-х годов, когда ведущим изготовителям МНЛЗ удалось обеспечить высокую производительность и требуемый уровень качества стальной заготовки.
Для оценки качества рессорной полосы и определения технической возможности производства рессор в ОАО «Чусовской металлургический завод» из НЛЗ ранее был проведен ряд мероприятий. Для определения технической возможности использования в сортопрокатном (рессорном) производстве НЛЗ в июле 2001 г. в ОАО «ЧМЗ» была поставлена опытная партия НЛЗ сечением 125x125 мм2 из стали 50ХГФА. Впоследствии эти НЛЗ были перекатаны на стане 800 в сечение 110x110 мм2 и далее на стане 370 - в рессорную полосу 90x12 и 90x14 мм2. Результаты исследования качества подката и готовой полосы показали неудовлетворительное состояние макроструктуры металла (ликвационные полоски и трещины, пористость центральной зоны). Неудовлетворительное состояние структуры рессорной полосы было обусловлено низким качеством исходной заготовки и неудачно подобранным режимом деформации, что в конечном итоге привело к получению остаточной литой структуры в сечении проката.
В 2010 г. для проведения опытной прокатки в ЧМЗ было поставлено более 100 т заготовки сечением 125x125 мм2 из стали 50ХГФА производства ОАО «Нижнесергинский метизно-металлургический завод» (ОАО «НСММЗ», г. Ревда). Эта заготовка произведена в электросталеплавильном цехе с разливкой на НЛЗ квадратного сечения открытой струей без защиты от вторичного окисления. Заготовка была подвергнута входному контролю, в результате чего было выявлено, что металл производства ОАО «НСММЗ» соответствовал требованиям ГОСТ 14959 и техническому соглашению по химическому составу, макроструктуре, величине зерна, толщине обез-углероженного слоя, геометрии и качеству наружной поверхности. Весь металл после проведения входного контроля был направлен в дальнейшее производство. По результатам опытного производства и проведения приемосдаточных испытаний была подтверждена принципиальная возможность изготовления рессорной полосы из НЛЗ квадратного сечения.
В процессе производства рессорной полосы из заготовки ОАО «НСММЗ» выявились проблемы по качеству, в частности по расслою передней части раската, что привело к повышенному количеству выбросов и «недокатов». Это объясняется тем, что из-за разливки стали на МНЛЗ открытой струей происходило вторичное окисление стали при ее поступлении из промежуточного ковша в кристаллизатор. Количество таких включений можно уменьшить благодаря использованию защиты струи аргоном или разливки стали через погружной стакан под уровень металла [2].
Ресурсные испытания рессорной полосы, прокатанной из НЛЗ, показали, что эти изделия имеют более высокую циклическую стойкость по сравнению со средней циклической стойкостью листов (максимум в 1,69 раза) аналогичных сечений и сталей из заготовки, полученной из слитка серийного производства. Технологический процесс производства продукции на ЧМЗ предполагает выплавку стали дуплекс-процессом, сифонную разливку в изложницы квадратного сечения, прокатку заготовки на стане 800 и прокатку рессорной полосы на стане 370. Причина более высокой циклической стойкости рессорной продукции из НЛЗ по сравнению с рессорами из катаной заготовки до конца не установлена.
В современной технической литературе приведены многочисленные результаты сравнительных анализов качественных показателей НЛЗ квадратного, прямоугольного и круглого сечений (см. рису-
нок). Исследованиями, проведенными в Германии, США, Японии и России, установлено, что использование круглой НЛЗ по сравнению с квадратной заготовкой имеет следующие преимущества [3]:
- круглая форма сечения способствует рассредоточению возникающей в осевой зоне центральной пористости и ликвации;
- поверхность заготовки круглого сечения имеет более высокое качество в связи с отсутствием продольных и угловых трещин, что естественно повышает качество готового проката.
В связи с интенсивным развитием технологии и ужесточением требований стандартов, исключающих использование в качестве исходной заготовки слитка мартеновского производства, за последние годы значительно увеличилось количество установок МНЛЗ, производящих заготовку круглого сечения. По данным открытых референций, в настоящее время в мире насчитывается более 119 МНЛЗ для производства заготовок круглого сечения: в Европе 42, Китае 12, Японии 10, США 9 и в России 9. Основными производителями МНЛЗ для производства заготовок круглого сечения являются компании SMS CONCAST, Danieli, Siemens VAI, STG и др. При этом в сортовом производстве по вышеуказанным причинам в качестве исходного сырья в основном используется заготовка квадратного и прямоугольного сечений. НЛЗ круглого сечения для производства сортового проката используют отдельные узкоспециализированные предприятия.
Несмотря на многочисленные исследования качественных показателей проката из НЛЗ квадратного и прямоугольного сечений, не существует единого мнения о минимально допустимой вытяжке НЛЗ при прокатке сортовых профилей из конструкционных и легированных сталей, обеспечивающей качественную проработку литой структуры, устранение осевой шнуровидной ликвации.
Квадратная (а) и круглая (б) непрерывнолитые заготовки для сортового производства
Авторы работы [4] предлагают для создания условий, при которых происходит «заваривание» осевой рыхлости в металле НЛЗ и получение сорта с плотной макроструктурой, при продольной прокатке выдерживать суммарную вытяжку более ХЕ > 10. Проведенные исследования подтверждают, что для гарантированного снижения осевой рыхлости до минимальных значений при продольной прокатке требуется увеличение суммарной вытяжки до ХЕ = 50 при условии, что пластичность НЛЗ позволяет вести их прокатку при деформации такого уровня.
Многочисленными исследованиями установлено, что увеличение степени деформации не только улучшает структуру металла НЛЗ, но и способствует повышению комплекса механических свойств сталей всего сортамента. При этом исследования, проведенные сотрудниками Череповецкого государственного университета в 2004 г., позволяют установить, что при производстве сортового проката из НЛЗ квадратного сечения 150x150 мм2 для получения стабильных механических свойств и микроструктуры необходимо регламентировать не только минимальный уровень вытяжки, но и температуру окончания прокатки [5].
Для углеродистых качественных, низколегированных и конструкционных сталей минимально допустимая вытяжка X = 7 (при этом температура окончания прокатки должна быть в интервале 900-980 °С), для легированных, кордовых и канатных сталей X = 11 (температурный интервал окончания прокатки 870-920 °С) [5].
Имеющийся в ОАО «ЧМЗ» опыт производства рессорной полосы из НЛЗ квадратного сечения 125x125 мм2 и принципиальное отсутствие практики использования НЛЗ недеформированного круглого сечения в сортопрокатном (рессорном) производстве только подтверждают целесообразность дальнейшего исследования процессов прокатки рессорной полосы из НЛЗ круглого сечения. Результаты подобных исследований могут найти практическое применение при совершен-
ствовании технологии производства сортового проката и выборе наиболее рациональной компоновки оборудования сортопрокатных станов.
Выводы. 1. Прокатка сортовой продукции из круглой непрерывнолитой заготовки имеет следующие преимущества: уменьшаются дефекты в осевой зоне по центральной пористости и ликвации, поверхность заготовки круглого сечения имеет более высок
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.