Пластичность и разрушение

Колмогоров В. Л

Металлургия, 1977 г.

1. ДЕФОРМИРУЕМОСТЬ КРУПНЫХ СЛИТКОВ НА ОБЖИМНОМ СТАНЕ

Коренное улучшение качества металлопродукции и наращивание производительности труда — таковы основные задачи, стоящие перед черной и цветной металлургией. Повышение качества проката путем предотвращения развития всегда имеющихся в объеме и на поверхности слитка дефектов и предотвращение образования новых дефектов являются важными резервами повышения выхода годного проката, равносильными повышению производительности стана.

Изысканием оптимальных условий прокатки занимались и занимаются многие исследователи. Большинство из них считают, что нарушения сплошности металла происходят под действием растягивающих напряжений, возникающих вследствие неравномерной деформации по сечению, а интенсификация обжатий уменьшает неравномерность деформации и улучшает структуру металла. Поэтому для устранения брака металла по внутренним надрывам предлагают улучшить условия нагрева слитков, прокатку вести при отношении длины очага деформации к его средней высоте — >0,4 -0,5, т. с. увеличить диаметр валков, обжатие

за каждый пропуск и уменьшить сечение слитка.

Более противоречивы мнения исследователей о влиянии условий прокатки на качество поверхности раскатов. Широко известны работы Ю. М. Чижикова и его сотрудников [87, 146 и др.] по исследованию прокатываемости и пластичности сталей. Прокатывая на клин литые образцы из рельсовой стали и стали 1Х18Н9Т с обжатиями до 90—97%, авторы не обнаружили разрушения и сделали вывод о большом запасе пластичности литого металла. Многие исследователи, особенно технологи-прокатчики и калибровщики, высказывают мнение о том, что режимы обжатий, применяемые на прокатных станах, далеко не исчерпывают пластических свойств углеродистых сталей, и поэтому условия прокатки мало влияют или вообще не оказывают влияния на качество поверхности раскатов.

Вопрос о влиянии различных технологических факторов на качество раскатов и производительность блюминга рассмотрен в монографии И. Я Тарновского, Е. В. Пальмова, В. А. Тягунова, С. В. Макаева, В. П. Котельникова и Л. В. Андреюка и др. [147—150]. В то же время многие исследователи [151—156 и др.] отмечают, что при прокатке слитков на блюминге в области максимального уширения происходит нарушение сплошности металла. Наиболее распространенным дефектом, отмечает Е. Морган [154], являются трещины, образовавшиеся на блюмах при неравномерных обжатиях и уширении слитка при прокатке. Это обстоятельство требует выбора оптимальных обжатий. В работе [156] показано, что трудоемкость зачистки заготовок из стали марки 45, прокатанных по схеме с первой кантовкой после 2 пропуска, на 7% ниже, чем при прокатке с кантовкой после 4 пропуска. На малоуглеродистом металле эта разница достигает 30% и более.

П. А. Александров [155] на основании исследований, проведенных на заводе им. Дзержинского и заводе Азовсталь, сделал вывод, что с уменьшением числа кантовок качество блюмов ухудшается независимо от числа пропусков. Первую кантовку автор рекомендует после второго пропуска, следующие — не более чем че рез 4. Далее П. А. Александров отмечает, что при хорошем качестве поверхности слитков сокращение числа кантовок может не сказаться на ухудшении качества блюмов, но отсюда не следует делать вывод, что число кантовок во всех случаях не влияет на качество проката. Как и большинство исследователей, П. А. Александров рекомендует полосу обжимать настолько, насколько позволяет мощность машины и условия захвата. Однако он подчеркивает, что применение предельно допустимых обжатий слитков сразу с первых пропусков для сталей некоторых марок, например кипящих, не дает оптимальных результатов в отношении выхода годного.

Многие зарубежные авторы также придерживаются теории осторожной (щадящей) прокатки в первых пропусках и частых кантовок [150, 157—160], объясняя это необходимостью «консолидации» газовых пузырей в приконтактном слое. О существенном влиянии условий прокатки на деформируемость раскатов свидетельствуют опыты Е. Моргана [160], который обнаружил, что при прокатке рельсового слитка на двух противоположных сторонах образуется примерно в два раза больше трещин, чем на двух других. Он убедительно показал, что это связано с тем, что две грани деформируются в лучших условиях (чаще находятся в контакте с валками), а две в худших (чаще являются свободной боковой поверхностью раската).

А. П. Чекмарев, Р. А. Машковцев, О. П. Носенко, А. Д. Нозадзе и Ш. Д. Рамишвили [151] отмечают, что при выборе оптимальной схемы кантовок основным критерием должно быть не общее число кантовок, а их частота при прокатке в первых пропусках.

В то же время схемы прокатки, применяемые на блюмингах страны, отличаются как по числу пропусков, т. е. по интенсивности обжатия, так и по числу кантовок. Так 7-8-тонные слитки кипящей и спокойной стали прокатывают за 11—15 пропусков с 2—4кантовками. Первая кантовка на разных блюмингах производится после 2-, 4-го или даже после 6-го пропуска. Имеются также отличия в форме, размерах и расположении калибров на валках.

Противоречия результатов исследований и различия в практике работы блюмингов свидетельствуют о том, что оптимальные условия прокатки еще не найдены. Изучение качества металла, прокатанного на блюминге, связано с рядом трудностей. Качество раскатов зависит не только от условий нагрева и прокатки, но также и от состояния поверхности слитка, обусловленного технологией сталеплавильного производства. Оценить визуально качество поверхности слитка даже при тщательном осмотре на складе затруднительно в связи с тем, что обнаруживаются лишь грубые дефекты поверхности, а более мелкие трещины, газовые пузыри, неметаллические включения и другие остаются скрытыми под слоем окислов. Являясь концентраторами напряжений, дефекты приводят к снижению деформируемости стали.

Теория прокатки высоких полос с точки зрения использования запаса пластичности не получила еще достаточного развития. В литературе нет также систематизированных данных о пластичности сталей при высоких температурах в зависимости от природных свойств стали и условий деформирования.

С практической точки зрения наибольший интерес представляет изучение образования и развития поверхностных дефектов металла в связи с тем, что поверхностные дефекты, в отличие от внутренних, при последующей прокатке не залечиваются, а постепенно развиваются и накапливаются, приводя к повышению брака и снижению сортности готового проката. На обжимных станах поверхностной зачистке подвергается до 70% объема прокатанного металла. Известно, что и машины огневой зачистки, устанавливаемые в потоках блюмингов, не решают полностью проблему качества.

Важным вопросом при изучении качества раскатов из слитков опытных и сравнительных плавок является метод оценки качества. В практике работы НТМК и Других предприятий пользуются условной пятибалльной шкалой деформируемости. Первый балл — значительные нарушения сплошности. Зачистка и дальнейшее деформирование слитка затруднено или невозможно. Второй балл —образующиеся дефекты менее значительны. После зачистки возможно дальнейшее деформирование с пониженным выходом годного. Третий балл — на поверхности деформируемого раската относительно мелкие устранимые дефекты. Четвертый балл — единичные мелкие, легкоустранимые несплошности. Пятый балл— деформирование протекает без образования поверхностных дефектов.

Кроме этого, в исследовательской практике авторами применена методика оценки качества, основанная на сопоставлении площади раската, пораженной дефектами, со всей поверхностью раската. При этом способе производится подробная эскизировка всех видимых на. поверхности раската дефектов в масштабе 1:20. На эскизе вокруг дефекта намечается площадка, nbsp; которая вырубается на раскате вместе с дефектом. Сумма таких площадок относится к площади поверхности всей стороны раската. Недостатком метода является то, что оценивается площадь дефектных участков, а не объем пораженного металла. Однако использование этого метода позволяет оценить влияние технологических параметров на количество, вид и расположение дефектов на поверхности раската. На блюминговых слитках и раскатах из них нередко встречаются продольные и поперечные трещины,

плены и заплески, газовая пористость, раковины, свищи и др. На слитках сифонной разливки, кроме того, можно встретить песочины, шлак и заворот корочки. Указанные дефекты и их происхождение подробно описаны в специальной литературе [38, 147, 162—164 и др.].

В результате производственных экспериментов, выполненных авторами на НТМК, установлено, что пораженность раскатов дефектами неодинакова как между плавками одной и той же марки стали, так и в пределах плавки, а также по высоте и сторонам слитка.

Для повышения производительности обжимных станов обычно стремятся уменьшить сопротивление деформации стали путем повышения температуры нагрева слитков. При этом наиболее опасными местами слитка с точки зрения разрушения при прокатке становятся