О РЕГУЛИРОВАНИИ ЗАТВЕРДЕВАНИЯ ПРИ РАЗЛИВКЕ ПЛОСКИХ СТАЛЬНЫХ ЗАГОТОВОК С ПРОФИЛЕМ, БЛИЗКИМ К КОНЕЧНОЙ ПРОДУКЦИИ

Отливка тонких сечений оказывает благоприятное влияние на внутреннее строение, но может ухудшить качество поверхности [1]. Рис. 1 показывает также, что для горячекатаной продукции обычно требуется толщина в пределах 1,5—3,0 мм, большая часть которой затем прокатывается на стане холодной прокатки до толщины 0,5—1,0 мм.

Главной движущей силой в развитии процесса производства тонких профилей является конечно улучшение экономических показателей. При производстве толстых листов, для которых уже применяется отливка тонких слябов, обжатие при прокатке составляет 3:1 или менее [2] (рис. 2). При отливке толстых слябов низкое значение S/V благоприятно влияет на качество поверхности, но в осевой зоне может развиваться сегрегация, частично связанная с большим расстоянием между осями дендритов, а также точечная или Vобразная ликвация, которая снижает сопротивление к водородному растрескиванию при работе в кислых газовых средах. Этот эффект может быть нейтрализован воздействием на затвердевание мягким обжатием или высокотемпературной гомогенизацией. При требованиях очень высокой однородности необходимо использовать металл электрошлакового переплава. В статье эта технология классифицируется как полунепрерывная разливка.

При производстве листовой продукции разрабатываются способ отливки тонких слябов и прямой отливки полосы. Первый способ уже находится в промышленной эксплуатации [3] (рис. 3). На рис. 3 отливка тонких слябов осуществляется обычным кристаллизатором, который имеет возвратнопоступательное

Прямая отливка полосы основана на применении движущегося кристаллизатора, состоящего из двух валков (тип Бессемера) с вертикальной подачей металла.

Оба процесса обеспечивают благоприятные условия для получения качественной сердцевины, но получение хорошей поверхности является проблемой. Ниже рассмотрены способы воздействия на затвердевание для обоих процессов. Освещены направления дальнейших усовершенствований.

Качество поверхности

Как показано на рис. 1, отношение S/V по сравнению с обычной непрерывной разливкой величина одного порядка и чуть выше при разливке тонких слябов, но в 1000 раз больше при прямой разливке полос. Это соотношение соответственно указывает на степень необходимой жесткости регулирования процесса.

Качество поверхности определяется регулированием начальной стадии затвердевания, которая в большинстве процессов непрерывной разливки определяется стабильностью свободного мениска [4]. Существуют совершенно недостаточные результаты о первых миллисекундах формирования оболочки. Для определенных марок стали незначительная корочка на мениске приводит к неравномерному нарастанию оболочки, т.е. образуются ужимины на поверхности в результате усадки оболочки. Такое явление как функция состава стали, приведенная к так называемому "феррйтному потенциалу” (ФП) [5], показано на рис. 4.

Что касается определения величины ФП, то ранее установленные коэффициенты сплава [5] могут быть уточнены на основании последних для углеродистой и низколегированной сталей [6]: ФП = 2,5(0,5 Ср), (1) Ср = [%С] + 0,04[%Mn] + 0,10[%Ni] + 0,70[%N] 0,14[%Si] 0,04[%Cr] 0,10[%Mo] 0,24[%Ti]; (2) для аустенитной нержавеющей стали [7]: ФП 5,26(0,74 Ni'/Cr'), (3) Ni' = [%Ni] + 0,3l[%Mn] + 22[%C]+ 17,5[%N], (4) Cr' = [%Cr] + l,5[%Si] + l,65[%Mo] + 2[%Nb] + 3[%Ti]. (5)

Неравномерное нарастание оболочки может привести к образованию поверхностных трещин. Очень высокая скорость разливки тонких слябов приводит к тому, что оболочка имеет низкое сопротивление ползучести и пластичность материала должна быть улучшена за счет снижения содержания вредных примесей, например, серы до содержания не выше 0, 008% (рис. 5) [8]. Также увеличение концентрации фосфора и его сегрегации при отливке тонких слябов связано с уменьшением расстояния между осями дендритов в подповерхностной зоне [9] (сравни ниж$), что повышает чувствительность к образованию трещин.

Что касается качества внутреннего строения, то тонкие слябы имеют благоприятную мелкозернистую структуру благодаря высокой скорости затвердевания. Тем не менее, необходимы определенные меры для предотвращения образования внутренних трещин. Состояние осевой зоны может быть изменено получением в ней отрицательной ликвации за счет деформации (сжатия) оболочки в момент, когда имеется жидкая фаза. Это не ухудшает качества для большинства случаев применения листовой продукции.

В сталях, где доминирующей является столбчатая структура, регулирование размера зерна и кристаллографической ориентации (текстуры) может вырасти в проблему, особенно при прямой отливке ленты без термомеханической обработки. Поэтому должны быть предусмотрены соответствующие средства для обработки после затвердевания [29] (рис. 14).

Процесс отливки тонких стальных плоских профилей обеспечивает снижение капитальных и эксплуатационных затрат, а также энергетических затрат, снижает загрязнение окружающей среды, грузопотоки и цикл производства. Но при этом существует большая опасность получения неудовлетворительного качества поверхности. Качество внутреннего строения также должно быть принято во внимание.

Что касается средств контроля затвердевания и влияния состава стали на начальный процесс затвердевания, то они схожи с разливкой обычных слябов с содержанием 0,1% С и нержавеющей стали аустенитного типа (ФП = 1,0), которые наиболее склонны к неравномерности затвердевания оболочки. Дальнейшие исследования должны объяснить процесс начального формирования оболочки при условиях быстрой кристаллизации.

Кроме поддержания максимально стабильного уровня металла в кристаллизаторе и регулирования теплоотвода от мениска, требуются новые решения подачи металла для сведения к минимуму турбулентности.

Дальнейшая область исследований — это предотвращение образования окалины и послекристаллизационная обработка с целью регулирования размера зерна и текстуры, что является важным для производства листов с высокими пластическими свойствами и в холодном состоянии.

В основном при соответствующих усовершенствованиях процесса, все отмеченные выше проблемы будут решены и уже в ближайшее десятилетие процесс отливки листов с профилем, близким к конечному, найдет широкое применение.

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