ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ СОКРАЩЕНИЯ ПРОТИВОФЛОКЕННОЙ ОБРАБОТКИ СОРТОВОГО ПРОКАТА ПО СОСТОЯНИЮ ВОДОРОДА

Использован новый подход к оценке эффективности обезводороживающих обработок, основанный на прогнозировании поведения водорода и образования флокенов по энергетическому состоянию водорода. Под ним понимают распределение водорода по энергиям связи со структурными несовершенствами, которые служат ловушками водорода [4]. Энергетические спектры представляют собой немонотонные зависимости скорости выделения водорода dH/dx от температуры нагрева, максимумы на которых отвечают разным формам присутствия водорода, а площади под ними — соответствующему количеству. Нагрев проб при анализе проводится с равномерной скоростью 1,5—5,0 град/мин.

Согласно принятой на Орско-Халиловском металлургическом комбинате (ОХМК) техноло-гической схеме флокеночувствительные стали подвергают ПФО дважды: в блюмах и в готовом сортовом прокате. ПФО блюмов проводят в отапливаемых колодцах с расходом смеси при-родного и доменного газов до 1300 м*/ч. Термический цикл обработки включает переох-лаждение и выдержку металла в области тем-ператур 250—400 °С, нагрев и изотермическую выдержку его при температуре 680 °С в течение 48—54 ч. ПФО сортового проката проводят в термических печах с расходом природного газа до 250 м3/ч. Она состоит из нагрева и выдержки при температуре 700±20°С в течение 3—6 ч.

С целью экономии топлива устанавливали возможность сокращения длительности изотер-мических выдержек сталей марок 15—40Х, 18—25ХГТ, ЗОХГСА и др. вблизи температуры А на 6—12 ч при ПФО блюмов и на 1—3 ч при ci ПФО заготовок.

Контроль опытного и эталонного (прошедшего ПФО по принятой технологии) металла на чувствительность к флокенообразованию осу-ществляли по состоянию водорода, а также с помощью УЗК и стандартных металлографичес-ких методов глубокого травления и излома закаленных проб (ГОСТ 10243—75). Пробы для анализа водорода вырезали сразу после окончания ПФО на расстоянии 1/3 радиуса от поверхности заготовки с использованием интенсивного охлаждения.

Термокинетический анализ состояния водорода проводили на специально изготовленных газоанализаторах с использованием хроматог-рафов или манометров для регистрации коли-чества выделяющегося из проб водорода. Вы-числяя среднюю скорость выделения водорода в координатах скорость выделения— температура, строили энергетические спектры состояния водорода. Слабо связанным диффузион- но-подвижным формам отвечает низкотемпературная часть спектра— до 400°С. Для обоснования возможности сокращения ПФО сравнивали энергетические спектры водорода в опытном и эталонном металле. Считали, что исследуемый вариант сокращения допустим, если содержание диффузионно-подвижного водорода (Дюо) мало или слабо отличается от его количества в эталонном металле. Увеличение содержания низкотемпературных форм (M^QQ) В результате предложенного сокращения считали неблагоприятным признаком, исключающим рассматриваемый вариант сокращения.

Энергетические спектры выделения водорода, допускающие или запрещающие исследуемые варианты сокращения, приведены на рис. 1—3.

Результаты оценки эффективности ПФО путем контроля макроструктуры обобщены в таблице. Рис. 1 показывает состояние водорода в стали 20ХГНМТА. ПФО блюмов сокращена на 12 часов, заготовок — на 2 часа (а) и 1 час.

Как видно из данных рис. 1, в обоих спектрах диффузионно-подвижные формы содержатся в малом количестве (0,02—0,06 ppm). Содержание закрепленных форм находится на одном уровне. Сокращение разрешается. Стандартный макроконтроль (см. таблицу) подтверждает правомерность разрешения. Во всех заготовках флокены не были обнаружены в течение 3 мес. Данные рис. 2 показывают состояние водорода в стали 40Х. ПФО блюмов сокращена на 6 ч, ПФО заготовок — на 2 ч (рис. 2, а) и 1 ч (рис. 2, б) и проведена без сокращения (рис. 2, в). Спектры на рис. 2, б и 2, в практически одинаковы. В обоих спектрах диффузионно-подвижного водорода мало: 0, 02-5-0,03 ppm. Сокращение разрешается. Сокращение ПФО заготовок на 2 ч (рис. 2, а)

Стандартный макроконтроль допускает сок-ращение ПФО до 3 ч, т.е. до полной отмены ПФО стали 40Х в сортовом прокате. Отсюда вытекает, что оценка качества ПФО путем прогнозирования образования флокенов по энергетическому состоянию водорода является более жесткой и дает более надежные гарантии предупреждения флокенов. Данные рис. 3 отражают неблагоприятное состояние водорода в стали ЗОХГСА, возникающее в результате сокращения ПФО блюмов на 12 ч. Все спектры, включая спектр стали, произведенной без сокращения ПФО в готовом прокате (рис. 3, в), содержат повышенное количество (0,10—0,12 ppm) диффузионно-подвижных форм, создающих опасность фло- кенообразования. Таким образом, термокине-тический анализ исключает возможность сокращения ПФО стали ЗОХГСА на 12 ч. Результаты макроконтроля подтверждают это заключение.

В Следующей серии опытов длительность изотермической выдержки при ПФО блюмов была сокращена с 12 до 6 ч. Термокинетический анализ и результаты макроконтроля опытных заготовок в течение 3 мес подтвердили возможность такого сокращения.

На основании проведенных экспериментов для всех исследованных марок стали, кроме ЗОХГСА, рекомендовано к внедрению сокращение ЛФО блюмов на 6 ч при одновременном сокращении ПФО заготовок на 1 ч. Данный сокращенный режим внедрен для хромистых сталей 15—40Х. В результате внедрения сокращенных режимов экономия природного газа составила 10—25 %.

На основе нового подхода, основанного на сравнительном анализе фракционного состава и энергетического состояния водорода, исследована и обоснована возможность сокращения длительности изотермических выдержек вблизи температуры А , при ПФО сортовой ci

заготовки из флокеночувствительных сталей марок 15-40Х, 18-25ХГТ, ЗОХГСА и др., на 6—12 ч при ПФО блюмов и на 1—3 ч при ПФО сортового проката. В результате внедрения сокращенных режимов ПФО (на 6 ч в блюмах и на 1 ч в прокате) при производстве сортовой заготовки диаметром 90*200 мм экономия расхода топлива составила 10—25%. Прогнозирование образования флокенов по энергетическому состоянию водорода обеспечивает более надежные гарантии качества ПФО, чем стан-дартный контроль макроструктуры.

СБОРНИК НАУЧНЫХ ТРУДОВ Черная металлургия России и стран СНГ в XXI веке. Т о м 5, Москва 1994