Способ получения сорбитизированной катанки ответственного назначения

Изобретение относится к области черной металлургии, а именно к производству катанки из высокоуглеродистой стали, предназначенной для дальнейшей переработки в проволоку для изготовления канатов и рукавов высокого давления. Способ включает выплавку металла, выпуск металла в сталеразливочный ковш, раскисление металла в сталеразливочном ковше, внепечную обработку по химическому составу, наведение шлака, продувку металла аргоном, разливку металла со скоростью V=-0,028×C+1,82×A-0,028×Т+42,34, где V - скорость разливки, м/мин; С - содержание углерода в металле перед разливкой, мас.%; А - соотношение сторон сечения заготовки; Т - температура металла в промежуточном ковше, °С; 0,028; 1,82; 44,34 - эмпирические коэффициенты, полученные опытным путем по определению влияния каждого параметра на скорость разливки, прокатку заготовки до получения катанки требуемого диаметра, охлаждение катанки водой до температуры Tл.в.o=(δ₁₀+37,4×C-0,0632×d+4,247):0,06, где Тл.в.о - температура металла после охлаждения, °С; δ₁₀ - требуемое относительное удлинение, %; С - содержание углерода в металле, мас.%; d - диаметр катанки, мм; 37,4; 0,0632; 0,06; 4,247 - эмпирические коэффициенты, полученные опытным путем по определению влияния каждого параметра на относительное удлинение, а затем ведут охлаждение воздухом. Использование способа приводит к получению равномерной по сечению структуры и обеспечивает повышение пластических свойств катанки.

 

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к производству катанки из высокоуглеродистых марок стали, предназначенной для дальнейшей переработки в проволоку для изготовления канатов и рукавов высокого давления.

Известен способ производства стали для металлокорда, включающий выплавку в сталеплавильном агрегате железоуглеродистого расплава с содержанием углерода не более 0,20 мас.%, выпуск нераскисленного металла в сталеразливочный ковш с основной футеровкой и пористой пробкой для продувки аргоном, предварительное раскисление расплава при выпуске в ковш углеродсодержащими материалами и ферромарганцем, при этом присадку в металл кремнийсодержащих ферросплавов проводят после вакуумирования металла, присадку в ковш шлакообразующей смеси, вакуумуглеродное раскисление в ковше металла до содержания углерода в пределах марочного состава стали, окончательную корректировку стали по химическому составу и температуре на установке печь-ковш и непрерывную разливку (RU, №2265064 С2, кл. С21С 5/54, опубл. 27.11.2005 г.).

Недостатком известного способа является загрязнение металла неметаллическими экзогенными включениями вследствие повышенного износа футеровки сталеразливочного ковша. Также область использования данной технологии сужается при отсутствии в цехе установки вакуумирования металла.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ получения катанки из высокоуглеродистой стали кордового качества (RU, №2269579 С1, кл. С21С 7/00, опубл. 10.02.2006 г.), включающий выплавку металла, нагрев металла до 1600-1660°С и выпуск металла из печи в ковш при содержании углерода не более 0,55 мас.% и серы 0,015 мас.%, при этом содержание цветных примесей (Cr, Ni, Сu) и азота составляет соответственно 0,04 мас.% и 0,004 мас.%. До выпуска металла в сталеразливочный ковш присаживают необходимое количество углеродсодержащего материала. При выпуске металла из печи в сталеразливочный ковш присаживают шлакообразующие материалы, а после наполнения ковша металлом наполовину проводят присадку ферросплавов в расчете на среднее значение элементов в марке стали. Затем, не скачивая шлак, проводят продувку металла аргоном в течение 5-8 мин, после чего металл подвергают обработке на установке печь-ковш шлаками переменной основности, причем 70-80% времени металл выдерживают под белым высокоосновным шлаком, а 20-30% времени - под покровным низкоосновным шлаком и осуществляют продувку металла аргоном через донные фурмы. Наводку высокоосновного шлака на установке печь-ковш осуществляют в соотношении CaO/CaF₂ 3:1 с суммарным количеством 6-7 кг/т и с кратностью шлак/металл 1,1-1,4/100, а раскисление шлака проводят коксовой смесью с расходом 1,5-2,5 кг/т для получения основности В=2,8-5,0. Наводку низкоосновного шлака осуществляют присадкой кварцевого песка с содержанием SiO₂ не менее 98% с расходом 0,7-2,3 кг/т для получения основности В=1,5-2,3. После чего проводят продувку металла аргоном под таким шлаком в течение 10-20 минут без оголения зеркала металла в районе продувочных пятен с расходом 30-125 литров в минуту. После внепечной обработки стали проводят ее разливку на машине непрерывного литья заготовок со скоростью 1,8-2,4 м/мин на сечение кристаллизатора 125×125, где осуществляют защиту струи металла на участке сталеразливочный ковш-промежуточный ковш с помощью погружной огнеупорной трубы с подачей в полость трубы аргона, при этом температура металла в промежуточном ковше составляет 1515-1525°С. Затем осуществляют прокатку полученной непрерывнолитой заготовки до получения катанки требуемого диаметра с использованием водяного и воздушного последеформационного охлаждения.

Известный способ не обеспечивает достижение требуемого технического результата по следующим причинам.

Известный способ не обеспечивает получения требуемого стандартом сочетания комплекса прочностных (σ_в и σ_т) и пластических (δ₅) свойств готовой продукции, поскольку не учитывает влияния отклонений химического состава стали в пределах марочного.

Катанка, полученная известным способом, характеризуется недостаточными пластическими свойствами, что приводит к повышенной обрывности катанки. Это вызвано тем, что при высокой скорости разливки скорость кристаллизации получаемой непрерывнолитой заготовки малого сечения квадрата достаточно высокая, что приводит к образованию грубой дендритной структуры и не обеспечивает полного удаления осевой ликвации. Последующее нерегламентированное водяное последеформационное охлаждение при наличии осевой ликвации и грубой дендритной структуры не позволяет получить равномерную по сечению структуру, что отрицательно влияет на пластические свойства получаемой катанки, препятствующие процессу вытяжки до заданных размеров кордовой проволоки и сопровождающиеся в процессе вытяжки обрывами.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования способа получения сорбитизированной катанки ответственного назначения путем оптимизации технологических параметров. Ожидаемый технический результат - снижение содержания неметаллических включений за счет обеспечения оптимальной скорости кристаллизации непрерывнолитой заготовки, что приводит к получению равномерной по сечению структуры и обеспечивает повышение пластических свойств катанки.

Поставленная задача решается тем, что в способе получения сорбитизированной катанки ответственного назначения, включающем выплавку металла, выпуск металла в сталеразливочный ковш, раскисление металла в сталеразливочном ковше, внепечную обработку по химическому составу, наведение шлака, продувку металла аргоном, разливку металла, прокатку непрерывнолитой заготовки до получения катанки требуемого диаметра с использованием водяного и воздушного последеформационного охлаждения, по изобретению разливку металла ведут со скоростью, выбранной из соотношения:

V=-0,028×С+1,82×А-0,028×Т+42,34,

где V - скорость разливки, м/мин;

С - содержание углерода в металле перед разливкой, мас.%;

А - соотношение сторон сечения заготовки;

Т - температура металла в промежуточном ковше, °С;

0,028; 1,82; 44,34 - эмпирические коэффициенты, полученные опытным путем по определению влияния каждого параметра на скорость разливки,

а последеформационное водяное охлаждение катанки осуществляют до температуры металла, определяемой из зависимости:

Тл.в.о=(δ₁₀+37,4×С-0,0632×d+4,247):0,06,

где Тл.в.о - температура металла после водяного охлаждения, °С;

δ₁₀ - требуемое относительное удлинение, %;

С - содержание углерода в металле, мас.%;

d - диаметр катанки, мм;

37,4; 0,0632; 0,06; 4,247 - эмпирические коэффициенты, полученные опытным путем по определению влияния каждого параметра на относительное удлинение.

Сущность заявляемого технического решения заключается в выборе скорости разливки металла в зависимости от сечения непрерывнолитой заготовки, температуры металла в промежуточном ковше и содержания углерода перед разливкой, прокатке непрерывнолитой заготовки с регламентированным водяным охлаждением до требуемого диаметра катанки исходя из требуемого относительного удлинения.

Разливка металла со скоростью по предлагаемой зависимости позволяет получить непрерывнолитую заготовку необходимого качества с минимальным содержанием и размером неметаллических включений, обусловленных формированием дендритной макроструктуры с дендритами определенного размера и минимальной осевой ликвацией.

Процесс получения катанки ответственного назначения заключается в обеспечении необходимых ее пластических свойств за счет регламентированного водяного охлаждения, позволяющего получать равномерную по сечению структуру переохлажденного аустенита, а затем использование интенсивного воздушного охлаждения с помощью вентиляторов на конвейере воздушного охлаждения приводит к получению сорбитообразной структуры, близкой к эвтектоидной.

Пример

Сорбитизированную катанку ответственного назначения получали следующим образом. В сталеплавильном агрегате выплавляли полупродукт и при содержании 0,05 мас.% углерода выпускали в 200-тонный сталеразливочный ковш. Перед выпуском металла в сталеразливочный ковш на его дно присаживали 650 кг углеродсодержащего материала. В процессе выпуска металла в ковш присаживали шлакообразующие, 1100 кг ферромарганца и 780 кг ферросилиция. Металл продували аргоном. При появлении первых порций печного шлака на желобе подачу аргона прекращали и проводили отсечку шлака. После выпуска металла ковш с металлом передавали на установку печь-ковш. На установке печь-ковш проводили усреднительную продувку металла аргоном с расходом 625 л/мин в течение 3 минут, затем производили замер температуры металла и отбирали пробу для определения химического состава металла. Химический состав металла следующий, мас.%: 0,63 углерода, 0,16 кремния, 0,46 марганца, 0,017 серы и 0,007 фосфора, температура металла составляла 1524°С.

Во время продувки проводили корректировку химического состава стали присадками ферросплавов и остального количества углеродсодержащего материала в виде порошковой проволоки.

После получения необходимых параметров: температуры металла 1524°С, требуемого химического состава, мас.%: 0,827 углерода, 0,29 кремния, 0,56 марганца, 0,005 серы и 0,008 фосфора, металл передавали на машину непрерывной разливки стали. После установки ковша на стенд производили наполнение промежуточного ковша металлом, замер температуры металла, которая составила 1500°С. Разливку осуществляли на 5-ручьевой машине непрерывной разливки стали, на сечение кристаллизатора 150×150 со скоростью, выбранной из предлагаемой зависимости:

V=-0,028×0,827+1,82×1-0,028×1500+42,34=2,1 м/мин.

После разливки и порезки металла на заготовки длиной 11700 мм укладывали заготовки для охлаждения в короб, где они остывали до 100°С. Затем от средних заготовок по каждому ручью отбирали пробы (темплеты) для оценки макроструктуры. При соответствии макроструктуры требованиям нормативной документации их отгружали в сортовой цех.

После осмотра непрерывнолитых заготовок и отсортировки заготовок с имеющимися поверхностными дефектами их передавали на загрузочные столы мелкосортно-проволочного стана. Заготовки сечением 150×150 мм помещали в методическую нагревательную печь с шагающим подом, где их нагрев производился в течение двух часов. После нагрева заготовок их подавали на прокатный стан, где согласно заказу была прокатана катанка диаметром 6,5 мм с требуемым относительным удлинением не менее 10% для стали с содержанием углерода 0,80-0,85 мас.%. Прокатку осуществляли по следующему режиму: температура начала прокатки 1050°С, суммарная степень деформации 680, междеформационное охлаждение до температуры 850-890°С перед чистовой группой, прокатка в чистовой группе, скорость конца прокатки 79 м/с. После прокатки катанку интенсивно охлаждали в линии водяного охлаждения. Время между окончанием прокатки и началом охлаждения составляло 0,024 с. Охлаждение водой производили в двух коробах, оснащенных шестью форсунками каждый, до температуры металла, определяемой по предлагаемой зависимости:

Тл.в.о=(10+37,4×0,827-0,0632×6,5+4,247):0,06=745°С.

Далее прокат укладывали виткообразователем на конвейер воздушного охлаждения. После укладки фиксировалась температура катанки, которая составляла 750°С, затем катанку подвергали воздушному охлаждению с использованием 14 вентиляторов до температуры 400°С со скоростью охлаждения 3,5-4,5°С/с. После конвейера воздушного охлаждения разложенные витки собирали в бунт, масса которого составляла 2000 кг.

Затем отобрали пробы катанки, провели испытания, получили следующие свойства: временное сопротивление (σ_B) 1190 Н/мм², относительное удлинение (δ₁₀) 13%.

Катанка, полученная предлагаемым способом, характеризуется более высокими пластическими свойствами по сравнению с катанкой, полученной известным способом - ближайшим аналогом. В дальнейшем во время волочения при наличии более высоких значений по относительному удлинению обеспечивается более высокая суммарная степень обжатия при холодной деформации, что снижает или исключает количество раз использования дорогостоящего процесса патентирования.

Таким образом, использование предлагаемого способа позволяет освоить производство катанки ответственного назначения с требуемыми пластическими свойствами, позволяет повысить качество и технологичность производства катанки, а также дальнейшей ее переработки на всех стадиях с минимизированными затратами.

Способ получения сорбитизированной катанки, включающий выплавку металла, выпуск металла в сталеразливочный ковш, раскисление металла в сталеразливочном ковше, внепечную обработку по химическому составу, наведение шлака, продувку металла аргоном, разливку металла, прокатку непрерывнолитой заготовки до получения катанки требуемого диаметра с использованием водяного и воздушного последеформационного охлаждения, отличающийся тем, что разливку металла ведут со скоростью, выбранной из соотношения
V=-0,028·С+1,82·А-0,028·Т+42,34,
где V - скорость разливки, м/мин;
С - содержание углерода в металле перед разливкой, мас.%;
А - соотношение сторон сечения заготовки;
Т - температура металла в промежуточном ковше, °С;
0,028; 1,82; 42,34 - эмпирические коэффициенты, полученные опытным путем по определению влияния каждого параметра на скорость разливки, а последеформационное водяное охлаждение катанки осуществляют до температуры металла, определяемой из зависимости
Tл.в.o=(δ₁₀+37,4·C-0,0632·d+4,247):0,06,
где Тл.в.о. - температура металла после водяного охлаждения, °С;
δ₁₀ - требуемое относительное удлинение, %;
С - содержание углерода в металле, мас.%;
d - диаметр катанки, мм;
37,4; 0,0632; 0,06; 4,247 - эмпирические коэффициенты, полученные опытным путем по определению влияния каждого параметра на относительное удлинение.