Оптимальное содержание остаточного алюминия в низкоуглеродистой стали

Размещено на http://www.allbest.ru/

Оптимальное содержание остаточного алюминия в низкоуглеродистой стали

И.И. Боков, Л.Г. Шуб

Мелкое действительное зерно в металле обеспечивает его высокие пластические и ударные свойства. При прокатке листов такое зерно легче получить без термообработки у стали, обладающей мелким зерном аустенита. Величина зерна аустенита - одна из важных характеристик стали - играет решающую роль при горячей обработке, непосредственно влияет на величину действительного зерна и механические свойства стали [1, 2].

Обычно в металлургической практике требуемую величину зерна аустенита получают присадкой различных количеств алюминия в металл при его раскислении. При этом большая часть его окисляется и только некоторая доля остается в стали не в связанном состоянии. Этот алюминий определяют химическим путем фотоколориметрическим способом и называют остаточным (А1_ост), или металлическим алюминием (А1_мет). Присутствие определенного количества остаточного алюминия в стали способствует получению металла с мелким действительным и природным зерном, т е. нестареющей низкоуглеродистой стали. Однако до сих пор нет единого мнения о том, какое содержание А1_ост. является оптимальным.

X.И. Рабинович считает, что для стали ЗТ, 15К содержание Аl_ост должно быть приблизительно 0,03% [3]. Для стали такого же состава, выплавленной в мартеновской печи, А. Н. Морозов рекомендует иметь 0,015 - 0,025% [4]. Между тем в практике ряда заграничных заводов предпочитают иметь содержание остаточного алюминия в стали примерно около 0,05% [5 - 8]. В работе [9] авторам удалось повысить ударную вязкость после старения листов мостовой стали (М16С) увеличением содержания А1_ост до 0,04 - 0,06%.

В данном исследовании установили оптимальное содержание А1_ост в низкоуглеродистой стали, выплавленной в мартеновской печи. Оно определялось по температуре начала роста зерна аустенита. Содержание А1_ост, обеспечивающее высокую температуру начала роста, принималось за оптимальное. Имелось в виду, что чем выше температура начала роста зерна аустенита, тем легче при горячей обработке металла получить мелкое действительное зерно и высокие механические свойства.

Рис. 1. Связь между величиной зерна аустенита и количеством остаточного алюминия в стали: Ф - метод цементации; О - метод окисления

Листы толщиной 12--20 мм имели следующий химический состав: С - 0,14 - 0,18% ; Si - 0,18 - 0,22%; Мn - 0,40 - 0,55%; S и Р не более О,04%; А1_ост - 0 - 0,12% и N - 0,005 - 0,006%. Сталь выплавлялась в мартеновских печах, отапливаемых мазутом. Предварительное раскисление FeMn и доменным ферросилицием проводилось в печи, а окончательное - ферросилицием (45%) и различным количеством алюминия (от 0,0 до 2 кг/г) в ковше. Сталь разливали сифоном в слитки весом 2350 кг, прокатывали их на листовом стане, обеспечивая температуру конца прокатки не выше 900° подстуживанием листов перед последними тремя проходами. Для испытания отбирали поперечные пробы металла из головной части листа.

Рис. 2. Влияние остаточного алюминия на величину зерна аустенита (а), ударную вязкость при - 20° (б) и после старения (в)

Зерно аустенита определялось методом цементации и окисления, а способность его к росту - методом цементации при температурах от 930 до 1150° с 8-часовой выдержкой при каждой. Полученные данные показывают, что при содержании в металле А1_ост, меньше 0,01% получается крупное зерно аустенита (рис. 1). Содержание А1ост. в пределах 0,01 - 0,02% в одних опытах давало мелкое, а в других - крупное зерно, поэтому на графике нот участок показан пунктирными линиями. По-видимому, в данном случае влияли недостатки метода цементации [10]. Количество Аl_ост больше 0,0230% устойчиво обеспечивает мелкое природное зерно.

Сопоставление величины природного зерна с ударной вязкостью при --20° и после старения листов толщиной 20 мм, имеющих содержание А1_ост, от 0,023 до 0,12%, дает возможность наблюдать, что при мелком зерне аустенита ударная вязкость металла изменяется в широком интервале от 6,4 и 7,7 до 3,8 и 5,7 кгм/см² соответственно (рис. 2). Это показывает, что природное зерно, определенное стандартным методом, не полностью характеризует свойства стали. Более важным в этом отношении является установление зависимости роста зерна аустенита от температуры, которая приведена на рис 3, где за начало роста принималась температура появления отдельных крупных, а конец - исчезновение мелких зерен. Из данных рис. 3 видно, что с увеличением А1_ост в стали температура начала роста зерна круто поднимается, достигая максимума при 0,04 - 0,05%, и затем постепенно понижается. Кривая температуры, конца роста постоянно повышается, а расстояние между этими кривыми увеличивается. Приведенные результаты по температуре начала роста зерна аустенита близки к данным К- А. Малышева [11], но несколько выше данных Дезая [12].

Полученные данные показывают не только оптимальное содержание А1₀ст. в стали, но дают возможность обоснованно выбрать температуру конца прокатки листов с различным содержанием А1_ост. Так прокатку листов с А1_ист ниже 0,005% следует заканчивать при температуре не выше 860 - 900° во избежание получения крупного действительного зерна и, следовательно, низкой ударной вязкости. Листы с 0,01 - 0,03% А1_ост можно прокатывать при более высокой температуре, но не выше соответственно 930 - 1020". Повышение А1_ост до 0,04 - 0,06% дает возможность оканчивать прокатку при 1030 - 1050°, не опасаясь увеличения действительного зерна. Однако более высокое содержание А1_ост приводит к снижению температуры конца прокатки, согласно кривой (1) на рис. 3.

Рис. 3. Температура начала (1) и конца (2) роста зерна аустенита в зависимости от содержания остаточного алюминия

Если высокое значение а_к. При - 20° можно получить соответствующим подбором температуры конца прокатки в соответствии с кривой (1) рис. 3 при любом содержании А1_ост в стали, то высокую а_к после старения можно получить, как это видно из рис. 2, только в том случае, когда наряду с выбранной температурой конца прокатки сталь содержит А1_ост выше 0,04%. По-видимому, это объясняется тем, что на ударную вязкость после старения большое влияние оказывает азот. Чем выше содержание азота в стали, тем меньше а_к (рис. 4). Поэтому повышение в металле А1_ост больше 0,04% не только обеспечивает измельчение зерна, но и связывает азот, благодаря чему а_к после старения стали с малым и большим азотом становится одинаковой. Таким образом, содержание А1_ост в пределах 0,04 - 0,06% обеспечивает высокую температуру начала роста зерна аустенита, высокую температуру конца прокатки и способствует получению нестареющей низкоуглеродистой стали.

Рис. 4. Влияние А1 остаточного на ударную вязкость при - 20° (а, б) и после старения (а₁ и б₁) стали с различным содержанием азота: а и а₁ - содержание азота равно 0,003 - 0,0049 %; б и 6j - содержание азота равно 0,005 %

При выборе оптимального содержания А1_ост в стали следует в каждом конкретном случае учитывать условия прокатки и сдачи листов. Если эти условия позволяют получать низкую температуру конца прокатки без подстуживания листов и снижения темпа прокатки, а сдаточные испытания не требуют определения а_к после старения, то в стали можно допустить' более низкое содержание А1_ост, чем здесь рекомендовано.

Не менее важно и различное содержание азота в стали при различных условиях выплавки. У стали с меньшим азотом высокую вязкость можно получить при меньшем содержании А1_ост.

Тем не менее рекомендуемое [3] содержание А1_ост равное 0,03%, в магнитогорском металле для листов толщиной 5 - 25 мм занижено. Об этом можно судить по тому, что температура конца прокатки ограничивается интервалом 780 - 870°С для тех листов, у которых при сдаточных испытаниях определяется ударная вязкость. Листы толщиной 20 мм, прокатанные из магнитогорских слябов в условиях Ашинского метзавода (с более высокой температурой конца прокатки, равной 1000°), имели «провалы» по ударной вязкости. аустенит алюминий сталь

Повышение А1_ОСт. в этом металле до 0,04 - 0,06% дало бы возможность значительно поднять температуру конца прокатки таких листов без ухудшения механических свойств. В условиях Ашинского завода, например, внедрение подобных рекомендаций позволило снять ограничение по температуре конца прокатки и ликвидировать брак по ударной вязкости после старения.

Выводы

1. Мелкое природное зерно в низкоуглеродистой стали с 0,005--0,006% азота устойчиво получается при содержании А1ост. выше 0,023%.

2. Одной из наиболее важных характеристик стали является рост зерна аустенита в зависимости от температуры.

3. Оптимальное содержание А1_ост в низкоуглеродистой мартеновской стали, обеспечивающее высокую температуру начала роста зерна аустенита, высокую температуру конца (1030 - 1050°), а также получение нестареющей стали, равно 0,04 - 0,06%.

Литература

1. В. Махов. «Сталь», 1938, №10, 48.

2. А.П. Гуляев, Ю.М. Лахтин, А.И. Тарусин. Термическая обработка стали. Машин., 1946.

3. Х.И. Рабинович, М.К. Скульский, Металлургия Южного Урала, 1958, 1(2), 18.

4. А.Н. Морозов, А.И. Строганов. Раскисление мартеновской стали, Металлургиздат, 1955, 210.

5. С.И. Кейс. Алюминий в чугуне и стали. Металлургиздат, 1959, 128.

6. «Сталь», 1958, №11, 1037, реф. Х.Ш. Левинзона.

7. «Сталь», 1958, №12, 1136, реф. В.М. Чиркина.

8. «Сталь», 1959, №6, 563, реф. Е.С. Левинзона

9. Н. Морозов, И.И. Боков, А.Н. Строганов, Я.Г. Беспалов, В.А. Большаков. Сборник трудов Челябинского НИИМ. Челябинск, 1960, выпуск 11, 43.

10. Я.Ф. Болховитинов. Величина зерна и свойства стали. Металлургиздат, 1943, 19.

11. К.А. Малышев. «Металлург», 1939, №6, 31.

12. Desat S. Iron and Coal. 1961, 183, №4865, 791-800. Экспресс-информация, Черная металлургия. 1962, №2, реферат 9.

Размещено на Allbest.ru