МОДЕЛИРОВАНИЕ РАЗЛИВКИ ТОНКИХ СЛЯБОВ (ISP) ИЗ НИЗКОУГЛЕРОДИСТЫХ И НЕРЖАВЕЮЩИХ СТАЛЕЙ С ПОСЛЕДУЮЩЕЙ ПРЯМОЙ ПРОКАТКОЙ СЛЯБОВ И БЕЗ НЕЕ И СООТВЕТСТВУЮЩИМИ ВЫГОДАМИ В ЭКОНОМИИ ЭНЕРГИИ И КАЧЕСТВЕ ЛИСТА

Новая тенденция "Разливка толщин, близких к конечным" в настоящее время все больше внедряется при производстве плоской продукции. Эта тенденция включает технологию тонких слябов, разбрызгивающее осаждение и литье в наклоняемую форму. Это различные технологические методы, применением которых пытаются удовлетворить требования рынка. В настоящее время при производстве стали может использоватьсй весь набор технологий, которые выгодны и каждая отдельно, но их сочетание приобретает все более возрастающую важность для облегчения взаимосвязи между непрерывной разливкой и прокаткой. При этом превоначальной целью является снижение энергозатрат и средств, идущих на защиту окружающей среды. История и техническое развитие непрерывной разливки тонких слябов на фирме MDH представлены в [1—9].

Разработка технологии тонких слябов с разливкой — прокаткой во время и после затвердевания привела к кооперации с Arvedi Group (Кремона, Италия) [6, 7] и к интенсивным исследовательским работам с Маннес манновским исследовательским институтом и институтом металлургии при Аахенском университете. В работах [8, 9] и др. использовали специально созданный водоохлаждаемый кристаллизатор для моделирования влияния прокатки тонких слябов во время затвердевания с жидкой коркой. Получено много усовершенствований технологии производства тонких слябов. Показано, что получаемая структура мельче и более однородная, чем в случае разливки без обжатия.

Проведенные в настоящей работе эксперименты выполнены с использованием специально созданного (поворотного) кристаллизаторав.

Эти эксперименты включали разливку слябов различной толщины с использованием обжатия и без него во время затвердевания. Исследовали две различные стали: низкоуглеродистую сталь с содержанием углерода 0,01 % и аустенитную нержавеющую сталь (х5 Сг — Ni — Мо/17—12—2). Для изучения влияния обжатия на структуру слябов проводили металлографические исследования образцов.

Для моделирования прямой разливки—прокатки тонких слябов отливали слябы различной толщины с использованием обжатия и без него во время затвердевания при помощи специально созданного водоохлаждаемого медного кристаллизатора, включающего двигающуюся и наклоняемую боковую стенку для моделирования эффекта быстрого охлаждения, и обжатия на первой стадии. Боковая стенка приводится в движение 10т гидравлическим цилиндром. При этом можно не только разливать слябы различной толщины, но и создава обжимающее давление во время остывания сляба, т.е. на стадии частичного затвердевания с жидкой коркой (рис.1). Кристаллизатор состоит из четырех медных плит, каждая из которых скреплена со стальной поддерживающей плитой, формирующих полость формы. Кристаллизатор охлаждается водой, протекающей через круглые вертикальные каналы, которые высверлены внутри медных плит.

Экспериментальная программа включала выполнение серии опытов на стали с 0,01% С и на аустенитной нержавеющей стали. Результаты экспериментов со слябами из низкоуглеродистой с 0,01% С (в числителе) и аустенитной нержавеющей (в знаменателе) стали иллюстрируют следующие данные: Во всех экспериментах осевые температуры кристаллизатор—стенка измеряли с помощью термопар, вмонтированных. внутрь фиксированной стороны кристаллизатора с целью исследования передачи теплоты кристаллизатором. Изучали также влияние использования обжатия и толщины на изготовленные слябы, исследуя макро и микроструктуру и измеряя расстояние между ветвями дендритов. Проводили разливку слябов из низкоуглеродистой стали с 0,01% С (в числителе) и аустенитной стали (х5 Сt

Из каждого изготовленного сляба брали образцы йз средней плоскости по вертикали на расстоянии 100, 200, 300 и 400 мм от основания сляба. Эти образцы подвергали металлографическому исследованию. Структуру литыхобжатых слябов сравнивали с литой (без применения обжатия) структурой для исследования влияния обжатия. Структуру слябов толщиной 20 мм сравнивали с таковой слябов толщиной 40 мм для исследования влияния величины обжатия. Кроме этого, сравнивали структуру из верхней со структурой из основания для изучения поведения материала при затвердевании в различных сечениях сляба.

Структура низкоуглеродистой стали (0,01 % С) главным образом ферритная. Отмечено, что структура слябов с обжатием более тонкая, чем у литых слябов. На рис.2 показано влияние обжатия на структуру образцов, взятых на расстоянии 300 мм от основания сляба толщиной 20 мм из стали с 0,01% С. На рис.З также показано влияние обжатия на структуру образцов, взятых на расстоянии 300 мм от основания сляба толщиной 40 мм из той же стали. На рис.З, а представлена литая структура, тогда как на рис.З, б, в — структуры слябов, обжатых до толщину 40 мм из толщин 80 (рис.З, б) и 100 (рис.З, в). Очевидно, что структура после использования обжатия становится более тонкой и зависит от времени разливки и обжатия. Влияние величины обжания сляба на структуру прослеживается из сравнения рис.2 и 3.

Таким же образом влияют обжатие и его величина на структуру у основания сляба. На рис.4 показано влияние использования обжатия во время затвердевания образцов, взятых на расстоянии 100 мм от основания сляба толщиной 20 мм из стали с 0,01 % С. На рис.4, а показана литая структура, тогда как на рис.4, 6, в — структура сляба, обжатого с 40 (рис.4, б) и 50 (рис.4, в) мм до 20 мм. На рис.5 показаны те же закономерности для сляба толщиной 40 мм. Таким образом, применение обжатия во время затвердевания сляб^ усиливает контакт между затвердевающим слябом и водоохлаждаемым медным кристаллизатором и соответственно увеличивает скорость охлаждения сляба, в результате чего структура становится более тонкой. Аналогичное влияние на измельчение зерна имеет перемешивание жидкого металла в результате использования обжатия. Уменьшение толщины при равных условиях охлаждения также улучшает структуру изготавливаемого сляба.

Рассмотрим структуру слябов из аустенитной нержавеющей стали разной толщины при различных условиях обжатия. В основном структуру представляют столбчатые аустенит ные зерна. В результате обжатия при затвердевании расстояния между ветвями дендритов уменьшаются. Для этой марки нержавеющей стали характер затвердевания можно определить, рассчитав Ni и Crэквива ленты для данного типа аустенитной нержавеющей стали [10]. Исходя из приведенного ранее химического состава стали, Ni и Сгэквиваленты равны соответственно 20,6 и 13,7, что приводит к Стипу затвердевания, т.е. первичному аустениту [10].

Таким образом, как для низкоуглеродистой, так и для аустенитной нержавеющей стали металлографические исследования показали преимущества, достигаемые в результате обжатия во время затвердевания. Можно утверждать, что уменьшение толщины сляба в сочетании с применением обжатия во время затвердевания оказывает гомогенизирующее влияние на структуру непрерывнолитой заготовки. Обжатие заготовки под кристаллизатором — важный шаг на пути к производству тонких слябов и полос. При этом достигается не только значительная экономия при дальнейшем производстве, но также существенно у луч* шаются микро и макроструктура литого материала. Эта отражается в усилении равноосной структуры, измельчении зерна, уменьшении расстояний между ветвями дендритов и в уменьшении осевой ликвации. Измельчение структуры зависит от времени обжатия. При позднем применении обжатия образуется более мелкая структура, чем при раннеем обжатии изза усиления контакта между затвердевающей коркой и стенкой кристаллизатора.

СБОРНИК НАУЧНЫХ ТРУДОВ Черная металлургия России и стран СНГ в XXI веке. Т о м 3, Москва 1994