КАТАЛОГ ДИССЕРТАЦИЙ     
   ГЛАВНАЯ   ОПЛАТА И ДОСТАВКА   КАТАЛОГ РАБОТ   ПОДТВЕРЖДЕНИЕ ОПЛАТЫ   ГАРАНТИИ ДОСТАВКИ   КОНТАКТЫ  
 

Каталог работ

Тема: Исследование влияния углерода на центральную химическую и структурную неоднородность и комплекс свойств низколегированных трубных сталей

Содержание
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ...5
Глава I. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР...14
1.1. Формирование макроструктуры непрерывнолитых слябов и методы воздействия на процессы ликвации, протекающие в них при затвердевании...14
1.1.1. Формирование структурных зон непрерывнолитого сляба и химической неоднородности...14
1.1.2. Факторы, оказывающие влияние на центральную химическую и структурную неоднородность...19
1.1.3. Методы и способы уменьшения интенсивности центральной химической и структурной неоднородности...24
1.2. Структурные факторы, оказывающие влияние на стойкость малоуглеродистых низколегированных сталей против растрескивания в сероводородсодержащих средах...34
1.2.1. Механизм инициируемого водородом растрескивания...36
1.2.2. Адсорбция водорода...36
1.2.3. Контроль образования неметаллических включений...37
1.2.4. Предотвращение образования ликвации...38
1.3. Влияние базового состава и микролегирующих элементов на
свариваемость малоуглеродистых низколегированных сталей...41
Заключение по главе...44
Глава П. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ...46
2.1. Обоснование выбора исследуемых сталей...46
2.2. Методы лабораторных и промышленных исследований...52
2.2.1. Методы изучения центральной химической и структурной неоднородности металла опытных плавок...52
2.2.2. Определение механических свойств готового проката...55
2.2.3. Методы испытаний сталей на стойкость против разрушения в сероводородсодержащих средах...55
2.2.4. Методы изучения свариваемости опытных сталей...62
Глава III. ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ СОДЕРЖАНИЯ УГЛЕРОДА НА ЦЕНТРАЛЬНУЮ ХИМИЧЕСКУЮ И СТРУКТУРНУЮ НЕОДНОРОДНОСТЬ В НЕПРЕРЫВНОЛИТЫХ СЛЯБАХ И ЛИСТАХ ИЗ НИЗКОЛЕГИРОВАННЫХ ТРУБНЫХ СТАЛЕЙ...67
3.1. Влияние содержания углерода на макроструктуру слябов и готовых листов из низколегированных трубных сталей...67
3.2. Зависимость центральной химической неоднородности базовых элементов в слябах и листах от общего содержания углерода в стали...72
3.3. Изучение структуры и свойств зоны центральной сегрегационной
химической неоднородности в зависимости от содержания
углерода...79
Выводы по главе...88
Глава IV. СРАВНИТЕЛЬНОЕ ИЗУЧЕНИЕ СТОЙКОСТИ ПРОТИВ РАСТРЕСКИВАНИЯ В СЕРОВОДОРОДСОДЕРЖАЩИХ СРЕДАХ НИЗКОЛЕГИРОВАННЫХ ТРУБНЫХ СТАЛЕЙ, С РАЗЛИЧНЫМ СОДЕРЖАНИЕМ УГЛЕРОДА...89
4.1. Исследование стойкости против водородного растрескивания (в.р.)...90
4.2. Изучение сопротивления сероводородному растрескиванию под
напряжением (с.р.н.)...92
Выводы по главе...101
Глава V. ИЗУЧЕНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ УЛУЧШЕНИЯ СВАРИВАЕМОСТИ ТРУБНЫХ СТАЛЕЙ ЗА СЧЕТ СНИЖЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ
УГЛЕРОДА...102
5.1. Построение термокинетических диаграмм превращения аустенита при охлаждении после сварочного нагрева, сопоставление микроструктур
ОШЗ, изучение сопротивления разрушению ОШЗ низколегированных
трубных сталей с различным содержанием углерода...105
Выводы по главе...119
Глава VI. РАЗРАБОТКА СТАЛИ КАТЕГОРИИ ПРОЧНОСТИ К52 (Х60) С ПОНИЖЕННЫМ СОДЕРЖАНИЕМ УГЛЕРОДА, МИКРОЛЕГИРОВАННОЙ НИОБИЕМ, ИЗГОТАВЛИВАЕМОЙ С ПРИМЕНЕНИЕМ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОЙ ПРОКАТКИ, КАК АЛЬТЕРНАТИВЫ ТРАДИЦИОННОЙ СТАЛИ 17Г1 С-У...120
6.1. Разработка химического состава...120
6.2. Разработка технологии производства, в частности термомеханической
прокатки, на толстолистовом стане 3600...124
6.3. Исследование комплекса свойств, микроструктуры и центральной
химической неоднородности трубной стали 08Г1Б...130
6.4. Исследование свойств металла газопроводных труб диаметром 720 мм,
изготовленных на ОАО «ВМЗ»...149
Выводы по главе...153
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ...154
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ...157
Введение
ВВЕДЕНИЕ
Одним из наиболее перспективных направлений в развитии черной металлургии является производство толстолистового проката для электросварных газопроводных труб большого диаметра. На протяжении многих лет наблюдается постоянный рост требований газовой и трубной промышленности к комплексу механических и технологических свойств газопроводных труб большого диаметра и листовой стали для их изготовления. Некоторые из ранее разработанных сталей не в полной мере удовлетворяют современным требованиям в отношении величины ударной вязкости при температурах эксплуатации трубопроводов, сопротивления хрупкому разрушению, сегрегационной химической и структурной однородности. В новых требованиях большая роль отводится также улучшению свариваемости металла в заводских и полевых условиях.
Общая тенденция совершенствования низколегированных сталей для труб магистральных газопроводов включает в себя ряд металловедческих и технологических принципов, таких как создание мелкозернистой структуры готового проката, использование эффекта дисперсионного упрочнения, создание структуры с повышенной плотностью дислокаций, использование в качестве микролегирующей добавки ниобия, применение термомеханической прокатки, снижение содержания вредных примесей.
Большой вклад в создание высокопрочных низколегированных сталей для изготовления газопроводов внесли труды Д.А. Литвиненко, С.А. Голованенко, В.Н. Зикеева, П.Д. Одесского, Л.И. Эфрона, Ю.Д. Морозова и др. ученых.
Одним из наиболее перспективных и до настоящего времени недостаточно использованных путей совершенствования отечественных трубных сталей представляется снижение содержания в них углерода и замена упрочнения за счет перлита на более прогрессивные механизмы повышения прочности, прежде всего измельчение зерна и дисперсионное упрочнение, позволяющие
в комплексе с другими мерами обеспечивать одновременное повышение ударной вязкости, пластичности, сопротивления хрупкому разрушению и свариваемости. Снижение содержания углерода в трубных сталях должно способствовать уменьшению сегрегационной химической и структурной неоднородности, требования в отношении которой в последнее время вводят в спецификации на поставку стальных листов для изготовления труб наиболее ответственных магистральных газопроводов.
Целью настоящей работы является установление закономерностей влияния снижения содержания углерода на сегрегационную химическую и структурную неоднородность, структуру и свойства непрерывнолитых, микролегированных ниобием сталей, изготавливаемых с применением термомеханической прокатки и предназначенных для изготовления газопроводных труб большого диаметра.
Актуальность исследований, проведенных в работе, обусловлена большой научной и практической значимостью проблемы снижения центральной сегрегационной неоднородности толстолистового проката, предназначенного для изготовления электросварных газопроводных труб большого диаметра.
Для достижения поставленной цели решали следующие задачи:
• исследовать влияние углерода на центральную химическую и структурную неоднородность непрерывнолитых слябов и листов из трубных сталей различных систем легирования;
• оценить влияние снижения содержания углерода и повышения при этом сегрегационной однородности проката на показатели стойкости против растрескивания в сероводородсодержащих средах;
• оценить поведение и свойства околошовной зоны (ОШЗ) при сварке трубных сталей в зависимости от содержания углерода;
• на основе концепции, предусматривающей снижение содержания углерода и замену перлитного упрочнения на более прогрессивные механизмы повышения прочности, создать новую высокоэффективную
трубную сталь категории прочности К52, предназначенную для замены морально устаревшей стали 17Г1С-У.
Объектом исследований служили низколегированные стали для электросварных газопроводных труб большого диаметра, производимые на «МК Азовсталь». Для решения поставленной в диссертационной работе задачи в качестве материала исследования были выбраны стали, существенно отличающиеся между собой содержанием углерода: от 0,19% С в стали 17Г1С-У до 0,03% С в стали 03Г1Б. Опытные стали относятся к двум группам: 1 - углеродмарганцовистые стали 17Г1С-У и 13Г1С-У; 2 -микролегированные добавками ниобия, ванадия и титана стали 10Г2ФБ, 08Г2ФБ и 03Г1Б. Исследованные стали дополнительно можно классифицировать как изготавливаемые с применением термической обработки (нормализации) - сталь 17Г1С-У, и изготавливаемые без применения термической обработки, прокатываемые по технологии термомеханической (контролируемой) прокатки - стали, 13Г1С-У, 10Г2ФБ, О8Г2ФБиОЗГ1Б.
Предметом исследования служило установление химической и структурной неоднородности в слябах и листах опытных сталей, изготавливаемых с применением непрерывной разливки, обусловленной центральной сегрегацией углерода, марганца, серы, фосфора, ниобия и ванадия. В процессе выполнения работы использовали широкий спектр современных методов исследования, включая различные методы оценки макроструктуры непрерывнолитых слябов, химической неоднородности, металлографической оценки макро- и микроструктуры сегрегационной зоны, определения коэффициентов сефегации химических элементов.
Испытания механических свойств опытных сталей предусматривали оценку временного сопротивления, ударной вязкости, сопротивления хрупкому разрушению, измерение микротвердости структурных составляющих.
Изучали влияние химического состава опытных сталей с различным содержанием углерода на сопротивление растрескиванию в сероводородсодержащих средах.
Значительное внимание было уделено исследованию влияния содержания углерода на характеристики свариваемости трубных сталей.
Диссертация содержит шесть глав и основные выводы.
Первая глава представляет собой литературный обзор, посвященный вопросу формирования макроструктуры непрерывнолитых слябов и методов снижения химической неоднородности. Рассмотрены различные методы уменьшения интенсивности центральной химической и структурной неоднородности, используемые на современных металлургических предприятиях, такие как электромагнитное перемешивание расплава в зоне вторичного охлаждения, импульсное воздействие ультразвуком, ударным импульсом или механической вибрацией на кристаллизующийся металл, введение в расплав микро- и макрохолодильников, «мягкое» обжатие. В тоже время отмечено недостаточное использование эффекта снижения содержания углерода до уровня <0,09%, при котором не наблюдается перитектическая реакция, на уменьшение ликвационной неоднородности непрерывнолитого металла.
Вторая глава посвящена обоснованию выбора исследуемых сталей, обоснованию и описанию методов лабораторных и промышленных исследований, проведенных автором при выполнении настоящей диссертационной работы, в том числе методов:
• изучения центральной химической и структурной неоднородности металла опытных плавок;
• испытаний на стойкость против разрушения в сероводородсодержащих средах;
• изучения свариваемости.
В третьей главе изложены результаты исследований влияния углерода на центральную химическую и структурную неоднородность в непрерывнолитых слябах и листах из низколегированных трубных сталей.
При этом изучали:
• влияние содержания углерода на макроструктуру слябов и готовых листов из низколегированных сталей;
• зависимость центральной химической неоднородности базовых элементов в слябах и листах от общего содержания углерода в стали;
• структуру и свойства зоны сегрегационной химической неоднородности в зависимости от содержания углерода.
Установлено возрастание склонности к сегрегации в осевой зоне слябов отдельных химических элементов в последовательности: Мп —>V —> С —» Nb —> Р —> S. По сравнению с неметаллами серой и фосфором - склонность к центральной сегрегации исследованных элементов, относящихся к металлам, значительно ниже и убывает по мере снижения разницы в величине атомных радиусов Fe и соответствующих химических элементов.
Показано, что интенсивность центральной сегрегации химических элементов в слябах и листах существенно снижается при уменьшении содержания углерода.
При снижении содержания углерода уменьшается различие в строении и микротвердости основного металла и осевой зоны листового проката, для характеристики которой введен коэффициент структурной неоднородности К(Н).
Четвертая глава содержит результаты сравнительного изучения стойкости против растрескивания в сероводородсодержащих средах низколегированных трубных сталей, различающихся содержанием углерода.
Испытание на стойкость против растрескивания в H2S - содержащих средах проводили двумя методами:
• по методике стандарта NACE ТМ 02-84 на стойкость против водородного растрескивания (HIC) (hydrogen induced cracking) с определением параметра длины трещины CLR;
• по методике стандарта NACE TM 01-77 (96) на стойкость против сероводородного растрескивания под напряжением (SSCC) (sulfur stress corrosion cracking) с определением показателя порогового напряжения
Показано существенное влияние уменьшения содержания углерода на увеличение стойкости трубных сталей против сероводородного разрушения. На основании этого сделан вывод о том, что одной из важных предпосылок создания трубных сталей стойких в H2S - содержащих средах является низкое содержание углерода (< 0,08%) и серы (< 0,002%).
В пятой главе изложены результаты изучения возможности улучшения свариваемости трубных сталей за счет снижения содержания углерода. Изучение свариваемости основывалось на моделировании физических процессов, протекающих в околошовной зоне (ОШЗ) при сварке. За основу принята взаимосвязь скорости охлаждения (тепловложения при сварке) со структурой и свойствами металла ОШЗ. Представляемые результаты получены на основе комплексного анализа:
• кинетики фазовых превращений аустенита в условиях различных термических циклов сварки и связанных с ними изменений микроструктуры;
• механических свойств металла имитированной зоны термического влияния, включая хладостойкость локальных участков перегрева металла околошовной зоны;
• склонности стали к образованию холодных трещин с учетом воздействия мартенситных превращений.
При проведении сравнительных исследований свариваемости листов из сталей 17Г1С-У, 08Г1Б и 03Г1Б, установлено, что снижение содержания углерода от 0,19 до 0,03% в низколегированных трубных сталях расширяет температурный интервал скоростей охлаждения при сварке, при которых
ю
твердость имитированной ОШЗ не достигает критической величины Нкр = 350HV, выше которой наблюдается образование сварочных трещин и водородное охрупчивание: для стали 17Г1С-У - от 2 до 15°С/с, для стали 08Г1Б -от 15 до 100°С/с, для стали 03Г1Б без - ограничения. Одновременно с этим происходит расширение в сторону пониженных температур области гарантированного вязкого разрушения металла имитированной ОШЗ после охлаждения по режиму автоматической дуговой сварки (в скобках - по режиму ручной дуговой сварки): для стали 17Г1С-У > +20°С (+20°С), для 08Г1Б > 0°С (- 5°С), для ОЗПБ > - 30°С (- 40°С).
В главе шестой изложены результаты разработки стали 08Г1Б категории прочности К52 (Х60) с пониженным содержанием углерода, микролегированной ниобием и изготавливаемой с применением термомеханической прокатки, как альтернативы традиционной стали 17Г1С-У, и широкого ее промышленного опробования в металлургическом и трубном переделах. Новая сталь 08Г1Б значительно превосходит применяемую в настоящее время сталь 17Г1С-У в отношении ударной вязкости, сопротивления хрупкому разрушению, свариваемости, сегрегационной химической и структурной неоднородности, стойкости против растрескивания в сероводородсодержащей среде. Сталь 08Г1Б рекомендована в качестве материала для изготовления электросварных газопроводных труб категории прочности К52. Оформлены постоянно действующие технические условия на поставку стали 08Г1Б ТУ 14-1-5443-2002, «Прокат толстолистовой категории прочности К52 из низколегированной стали марки 08Г1Б для сварных прямошовных труб магистральных газонефтепроводов».
Автор выражает глубокую благодарность и признательность научному руководителю доктору технических наук Ю.И. Матросову за большую помощь оказанную при определении направлений исследований, обобщении полученных данных, написании и оформлении диссертации, а также научному консультанту кандидату технических наук О.Б. Исаеву за ценные
11
теоретические и методические советы в области способов снижения центральной сегрегационной неоднородности непрерывнолитых слябов.
Диссертант благодарит научных сотрудников Центра Трубных Сталей ЦНИИЧермета им. И.П. Бардина Ю.Д. Морозова, Л.И. Эфрона, О.Н. Невскую, Т.С. Кирееву, А.В. Назарова и других коллег за товарищеское содействие и советы, полученные при выполнении настоящей диссертационной работы.
Автор выражает признательность сотрудникам Центральной Лаборатории «МК Азовсталь» за помощь в проведении экспериментов и исследований по диссертационной работе.
Автор выражает благодарность докторам Ф. Хайстеркампу и К. Хулке (Niobium Products Company, Германия) и Д.М. Грею (Microalloying International, США) за содействие в выполнении работы и ценные замечания по содержанию диссертации.
По представленной работе на защиту выносятся:
1. Количественная оценка интенсивности центральной сегрегации химических элементов (С, Мп, V, Nb, S, Р) в слябах и листах и структурной неоднородности листов из непрерывнолитых низколегированных сталей различных систем легирования в зависимости от содержания углерода.
2. Эффект ослабления центральной сегрегационной химической и структурной неоднородности непрерывнолитого металла при снижении содержания углерода, особенно ниже концентрации, необходимой для протекания перитектической реакции при охлаждении из жидкой фазы.
3. Зависимость стойкости непрерывнолитых трубных сталей различных систем легирования производства меткомбината «Азовсталь» против водородного растрескивания (HIC) и сероводородного растрескивания под напряжением (SSCC) от содержания углерода и серы.
4. Механизм влияния снижения содержания углерода на поведение околошовной зоны (ОШЗ) опытных сталей в условиях охлаждения после сварочного нагрева.
12
5. Новая малоуглеродистая сталь марки 08Г1Б для газопроводных труб категории прочности К52 с повышенными характеристиками вязкости, сопротивления хрупкому разрушению, свариваемости и стойкости против разрушения в Н28-содержащих средах.
На основании результатов исследования создана и внедрена в металлургическое и трубное производство новая высокоэффективная малоуглеродистая сталь марки 08Г1Б для электросварных газопроводных труб большого диаметра категории прочности К52, характеризующаяся значениями вязкости, пластичности, сопротивления хрупкому разрушению, свариваемости и сегрегационной однородности, значительно превышающими соответствующие показатели ранее применявшихся листовых сталей для труб аналогичного уровня прочности. Сталь 08Г1Б прошла широкое промышленное опробование на металлургическом комбинате «Азовсталь» и на Выксунском металлургическом заводе при изготовлении промышленной партии газопроводных труб.
13
Глава I. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
1.1. Формирование макроструктуры непрерывнолитых слябов и методы
воздействия на процессы ликвации, протекающие в них при
затвердевании
1.1.1. Формирование структурных зон непрерывнолитого сляба и
химической неоднородности
Процессы затвердевания и кристаллизации металлов играют важнейшую роль в формировании их свойств. Они влияют на зарождение центров кристаллизации, форму и распределение кристаллов в отливке, ликвацию примесей и развитие дендритной неоднородности, конвективное движение в объеме затвердевающего расплава и возникновение в нем зональной структурной и химической неоднородности. Разработке этих вопросов посвящены работы отечественных и зарубежных ученых, в первую очередь работы В.А. Ефимова, Г.П. Иванцова, В.Т. Борисова, B.C. Рутеса, Д.П. Евтеева, Ю.А. Самойловича, Д.А. Дюдкина, Д.М. Грея, М. Флемингса, Б. Чалмерса, В. Тиллера, А. Оно и многих других.
Формирование различных структурных зон слитков и развитие ликвационных процессов определяется следующими параметрами [1]:
• интенсивностью охлаждения жидкой стали на всех участках от периферии к оси слитка и соответствующим температурным градиентом в расплаве на фронте затвердевания;
• развитием перед фронтом кристаллизации широкого ликвационного слоя с большой концентрацией примесей и низкой температурой затвердевания, способствующего зарождению эндогенных центров кристаллизации, или целенаправленным введением экзогенных центров кристаллизации;
• темпом развития конвективных и гравитационных потоков опускающихся кристаллов и вызываемой ими неравномерной кристаллизации.
14
При затвердевании жидкого металла образуются различные типы литых структур в зависимости от химического состава металла, температуры и технологии разливки [2,3]- В стальных слитках можно выделить 3 основные зоны: наружная корковая зона мелких разориентированных «замороженных» кристаллов; столбчатая зона (зона ориентированных кристаллов, транскристаллитная зона); зона разориентированных равноосных кристаллов.
Во многих работах, посвященных строению непрерывнолитого слитка, авторы наряду с зоной разориентированных кристаллов выделяют зону глобулярных кристаллов - мелких кристаллов, в которых не просматривается четкое дендритное строение.
Наружная зона мелких разориентированных кристаллов со случайной ориентацией образуется в первоначальные моменты кристаллизации. Резкоохлажденный слой становится неотчетливым при увеличении температуры заливаемого металла.
Вайнгард и Чалмерс [4] предложили теорию, которая утверждает, что равноосные кристаллы начинают зарождаться в расплаве перед поверхностью раздела жидкой и твердой фаз. Авторы объясняют это тем, что по их мнению центральная жидкая область может быть концентрационно переохлаждена вследствие ликвации растворенного вещества у растущей поверхности раздела фаз так, что в переохлажденной зоне могут зарождаться частицы, вызывающие образование равноосных кристаллов.
Согласно теории Чалмерса центральная равноосная зона формируется с помощью резкоохлажденных кристаллов, зарождающихся в переохлажденной зоне, существующей в расплаве на стенке формы во время заливки металла. Некоторые из свободных кристаллов «выживают» в условиях перегрева и переносятся в центр отливки, где они в конце концов дорастают до окончательного размера.
В соответствии с идеей Папапетру [5], равноосные кристаллы создаются из частично переплавленных дендритов при пульсации температуры расплава во время роста столбчатой зоны.
15
В теории, описанной в работе [6], отмечается, что при высоких перегревах имеются благоприятные условия для образования изолированных кристаллов за счет подплавления и обламывания ветвей дендритов.
А. Оно предлагает теорию [2], согласно которой кристаллы зарождаются на стенке формы или охлажденной поверхности расплава и растут с образованием шеек. Затем эти шейкообразные кристаллы отделяются от места зарождения до того, как успеет сформироваться твердая оболочка, окончательно осаждаются и накапливаются с образованием равноосной структурной зоны.
По вопросу о том, какой же из указанных механизмов имеет преимущественное развитие, пока нет единого мнения. Поэтому авторы работы [7] подчеркивают, что, учитывая большое разнообразие условий, в которых происходит затвердевание, возможны различные способы зарождения равноосной зоны, в каждом конкретном случае при соответствующих условиях доминирует тот или иной механизм.
В работах многих авторов, в первую очередь, В.А. Ефимова [1], В.Т. Борисова [8] рассматриваются вопросы управления процессами кристаллизации.
Все приведенные выше высказывания, теории и закономерности приведены для разливки стали и сплавов в формы и изложницы. В целом, структурные зоны, качественные закономерности перехода от одного вида структуры к другой могут быть отнесены и к случаю непрерывной разливки. Особенностью макроструктуры непрерывнолитого сляба является развитая зона транскристаллизации. Это положение отмечается всеми без исключения исследователями. Изучение влияния теплофизических параметров на соотношение структурных зон необходимо ввиду прямой связи между структурой литого металла и дефектами внутреннего строения, а значит качеством металлопродукции.
Главной особенностью макроструктуры криволинейного слитка является его асимметричность [9,10]. Различная протяженность зоны столбчатых
16
дендритов по противоположным криволинейным сторонам является результатом действия определенных физико-химических закономерностей и устранить эту разницу полностью невозможно. В известных пределах ее можно уменьшить, снижая температуру металла и скорость разливки.
В непрерывнолитых слябах наиболее проявляется центральная сегрегация и пористость. Осевая сегрегация располагается как правило по тепловому центру сляба, отклонение составляет от 0,5 до 4 мм от геометрической оси.
Исследования центральной химической неоднородности показывают, что в непрерывнолитом слитке сегрегация может иметь существенное развитие, соизмеримое с сегрегацией в обычном слитке. Содержание примесей в сегрегационных зонах может в 4-5 раз превышать их содержание в исходном металле.
Большие колебания интенсивности сегрегации в слитках одной и той же толщины, определяющей время затвердевания, доказывают, что избирательный характер кристаллизации не может считаться единственной и определяющей причиной химической неоднородности слитка в целом. Важным фактором, определяющим развитие зональной неоднородности, является перераспределение ликватов, концентрация их в локальных зонах вследствие процессов массопереноса, вынужденного и естественного движения металла, вызванного гидродинамическими и конвективными потоками, силами капиллярного массопереноса, явлением выпучивания-обжатия оболочки слитка.
Непрерывнолитая заготовка в процессе формирования проходит ряд стадий, существенно отличающихся по теплофизическим и физико-химическим условиям затвердевания.
Основным фактором, определяющим развитие процессов затвердевания и неоднородности слитка в кристаллизаторе, являются интенсивные струйно-циркуляционные потоки, вызванные гидродинамическим воздействием струи металла из промежуточного ковша. При последующем движении твердая
17
оболочка попадает в зону затухания гидродинамических потоков и формирования еще слабых конвективных потоков в условиях повышенной концентрации примесей в жидком расплаве перед фронтом затвердевания. Естественные потоки, судя по характеру распределения примесей, начинают формироваться к концу зоны положительной ликвации, когда толщина корки в условиях исследований составляет 35-40 мм. Как только кристаллы взаимосхватываются и образуют неподвижный «скелет», на фронте затвердевания возникает сеть каналов, жидкий металл в которых обогащен ликвирующими примесями.
При развитой зоне разориентированных дендритов и ограниченной протяженности зоны транскристаллов естественные конвективные потоки имеют меньшее развитие и скорость. Снижается эффективность обогащения остаточного расплава примесями и их концентрации вследствие механического воздействия на оболочку заготовки. Ликваты распределяются в большом объеме, зональная неоднородность менее ярко выражена. С уменьшением зоны столбчатых дендритов в 2-3 раза, осевая сегрегация снижается в 1,8-2,0 раза.
Основной вывод о механизме возникновения химической неоднородности непрерывнолитой плоской заготовки: ликвационные явления обусловлены развитием вынужденных и естественных конвективных потоков, обогащающих остаточный расплав примесями, морфологией затвердевания, фильтрационными процессами, которые усиливаются механическим воздействием на оболочку заготовки и способствуют концентрации примесей в осевой зоне.
В осевой зоне слитка наблюдается максимальное количество неметаллических включений, главным образом сульфидов, которые располагаются по границам зерен. В некоторых слитках в осевой зоне наряду с сульфидами, расположенными по границам зерен, встречается большое количество глобульсиликатов.
18
Для сравнительной оценки химической неоднородности подсчитываются коэффициенты сегрегации углерода, марганца, серы и фосфора по длине и поперечному сечению слитков:
Кс = Ст - Ск 100%,
Ск где Кс - коэффициент сегрегации;
Ст - содержание элемента в данной пробе;
Ск - среднее содержание элемента в слитке.
1.1.2. Факторы оказывающие влияние на центральную химическую и структурную неоднородность
На формирование структуры непрерывнолитых слябов влияет целый ряд технологических факторов, среди которых наибольшее воздействие оказывают следующие:
• перегрев жидкой стали;
• скорость разливки стали;
• химический состав разливаемого металла;
• режим и конструктивное оформление зоны вторичного охлаждения;
• размер сечения кристаллизатора.
Перегрев является одним из существенных факторов, определяющих характер макроструктуры, поэтому исследований, посвященных влиянию перегрева на процессы кристаллизации и затвердевания достаточно много [9,11,12]. Исследователи оценивали соотношение структурных зон в непрерывнолитом слитке, развитие осевой ликвации в зависимости от перегрева стали [13]. Известно, что с ростом перегрева увеличивается зона столбчатых кристаллов [11,13], ухудшается качество литого металла [9]. Уменьшение температуры с 1545 °С до 1515 - 1520°С снижает количество темплетов с осевой сегрегацией выше 2-х баллов, более чем в 2 раза [12]. Рост осевой ликвации с ростом температуры отмечают авторы работы [14], подчеркивая, что желательно, чтобы перегрев не превышал 15°С. В этом случае отсутствуют внутренние дефекты, наблюдается мелкозернистая
19
равноосная структура, высокое качество проката, равномерное распределение неметаллических включений, меньшая центральная пористость. Однако, в работе [15] подчеркивается, что сегрегация не зависит от перегрева. Авторами работы [16] отмечается рост количества дефектов поверхности, внутренних трещин с ростом перегрева. Количество дефектов возрастает в 1,5-2 раза при увеличении перегрева с 0 - 20 °С до 25 °С и выше. Однако разливка с низкими значениями перегревов приводит к осложнениям в процессе разливки, в том числе к затягиванию каналов разливочных стаканов в промежуточном ковше [11], образованию «коржей» на поверхности жидкого металла в кристаллизаторе и т.д..
Связь перегрева со структурной и осевой ликвацией подробно изучены в работах [17,18], где исследовали зависимость осевой сегрегации, соотношения структурных зон с перегревом жидкой стали. Авторы работы [17] отмечают, что при малом перегреве и, соответственно, низком градиенте температур формируется, в основном, равноосная структура, при высоком -столбчатая. В результате экспериментов обнаружено, что при росте перегрева с 2°С до 20°С доля зоны равноосных кристаллов сокращается с 40% до 15%. Отмечена пропорциональная зависимость между перегревом стали и шириной равноосной зоны. Наличие равноосной зоны существенно снижает уровень осевой сегрегации элементов [19]. В работе [20] отмечена линейная зависимость между длиной столбчатых кристаллов и перегревом расплава для сплавов «железо-углерод». Четкая корреляционная связь между долей равноосной структуры и степенью развития центральной сегрегации в слябах отмечена в работе [18], где подчеркивается, что с ростом перегрева сокращается доля равноосной структуры и прогрессирующе растет осевая ликвация. Низкий перегрев способствует расширению зоны различноориентированных кристаллов, рассредоточению усадочных и ликвационных явлений, считают авторы работ [13,21]. Изучению соотношения размера зоны равноосных кристаллов и развитием осевой
20
Тип работы: Диссертация
Год: 2003
Страниц: 157



Подобные работы:

  • Исследование влияния углерода на центральную химическую и структурную неоднородность и комплекс свойств низколегированных трубных сталей
  • Исследование влияния углерода на центральную химическую и структурную неоднородность и комплекс свойств низколегированных трубных сталей
  • Психофизиологическое исследование влияния хромосомной недостаточности на иерархическую индивидуальность Коэффициент связности системы показателей Риодораку равен 29.7%. Коннекционная активность менялась от 3 до 58%. Наибольшую активность проявляют меридианы Хп (тройной обогреватель справа, 58%) и ХПп (печень, 48%), а также точки передне-срединного VC24 (3%) и внемеридианная Инь-тань (3%).
  • Исследование синтеза и химических свойств гидрофосфорильных производных моносахаридов
  • Синтез AI— и Fe^Al— интеркалированных монтмориллонитов и исследование их физико-химических свойств Изотермы низкотемпературной адсорбции азота на образцах Fe/Al-MM 1 также относятся к IV типу по классификации Брунауэра, Деминга, Деминга, Теллера, как и для А1-ММ2. Текстурные характеристики Fe/Al-MM 1 приведены в таблице 14. Интеркалирование смешанными полигидроксокомплексами Fe/Al I/Io —г-30 -г~ 45 29,Cu.
  • Физико—химическое исследование ингиБируютцик свойств фракций и гетерокомпонентов высокосернистык нефтей Таджикской депрессии и ик влияние на свойства Битума и его эмульсий
  • Оценка ресурса и обобщение влияния процессов длительной эксплуатации на структуру и свойства нладостойкин сталей
  • Модификация электрофизических свойств пленки полиэтилентерефталата ионно-плазменным осаждением наноразмерных покрытий на основе углерода
  • Модификация электрофизических свойств пленки полиэтилентерефталата ионно-плазменным саждением наноразмерных покрытий на основе углерода
  • Модификация электрофизических свойств пленки полиэтилентерефталата ионно-плазменным осаждением наноразмерных покрытий на основе углерода
  • Исследование графитизации кремнистый сталей при цементации в карБонатно-сажевык карбюризаторах
  • ЛИЗУНОВ АЛЕКСЕЙ ВЛАДИМИРОВИЧ РАЗДЕЛЕНИЕ ИЗОТОПОВ УГЛЕРОДА МЕТОДОМ ХИМИЧЕСКОГО ИЗОТОПНОГО ОБМЕНА С ТЕРМИЧЕСКИМ ОБРАЩЕНИЕМ ПОТОКОВ В СИСТЕМЕ СО2 - КАРБАМАТ ДЭА В ТОЛУОЛЕ
  • ЛИЗУНОВ АЛЕКСЕЙ ВЛАДИМИРОВИЧ РАЗДЕЛЕНИЕ ИЗОТОПОВ УГЛЕРОДА МЕТОДОМ ХИМИЧЕСКОГО ИЗОТОПНОГО ОБМЕНА С ТЕРМИЧЕСКИМ ОБРАЩЕНИЕМ ПОТОКОВ В СИСТЕМЕ СО2 - КАРБАМАТ ДЭА В ТОЛУОЛЕ
  • ЛИЗУНОВ АЛЕКСЕЙ ВЛАДИМИРОВИЧ РАЗДЕЛЕНИЕ ИЗОТОПОВ УГЛЕРОДА МЕТОДОМ ХИМИЧЕСКОГО ИЗОТОПНОГО ОБМЕНА С ТЕРМИЧЕСКИМ ОБРАЩЕНИЕМ ПОТОКОВ В СИСТЕМЕ СО2 - КАРБАМАТ ДЭА В ТОЛУОЛЕ
  • Философский анализ влияния техники и технологии на экономическую сферу Телекоммуникаций; ? создание рынка информации и знаний как факторов производства в дополнение к рынкам природных ресурсов труда и капитала и 'Современные средства телекоммуникации: технологический и политический аспект // В кн.: Телекоммуникации и информатизация общества.
    © 2006-11г. Планета диссертаций.