Оптимальное содержание остаточного алюминия в низкоуглеродистой стали (статья)

Мелкое действительное зерно в металле обеспечивает его высокие пластические и ударные свойства. При прокатке листов такое зерно легче получить без термообработки у стали, обладающей мелким зерном аустенита. Величина зерна аустенита одна из важных характеристик стали играет решающую роль при горячей обработке, непосредственно влияет на величину действительного зерна и механические свойства стали [1, 2]. Обычно в металлургической практике требуемую величину зерна аустенита получают присадкой различных количеств алюминия в металл при его раскислении. При этом большая часть его окисляется и только некоторая доля остается в стали не в связанном состоянии. Этот алюминий определяют химическим путем фотоколориметрическим способом и называют остаточным (А1ост), или металлическим алюминием (А1мет). Присутствие определенного количества остаточного алюминия в стали способствует получению металла с мелким действительным и природным зерном, т е. нестареющей низкоуглеродистой стали. Однако до сих пор нет единого мнения о том, какое содержание А1ост. является оптимальным. X .И. Рабинович считает, что для стали ЗТ, 15К со держание Аl ост должно быть приблизительно 0,03% [3]. Для стали такого же состава, выплавленной в мартеновской печи, А. Н. Морозов рекомендует иметь 0,015 - 0,025% [4]. Между тем в практике ряда заграничных заводов предпочитают иметь содержание остаточного алюминия в стали примерно около 0,05% [5 - 8]. В работе [9] авторам удалось повысить ударную вязкость после старения листов мостовой стали (М16С) увеличением содержания А1ост до 0,04 - 0,06%. В данном исследовании установили оптимальное со держание А1ост в низкоуглеродистой стали, выплавлен ной в мартеновской печи. Оно определялось по темпера туре начала роста зерна аустенита. Содержание А1ост, обеспечивающее высокую температуру начала роста, принималось за оптимальное. Имелось в виду, что чем выше температура начала роста зерна аустенита, тем легче при горячей обработке металла получить мелкое действительное зерно и высокие механические свойства. Зерно аустенита определялось методом цементации и окисления, а способность его к росту методом цементации при температурах от 930 до 1150°С с 8-часовой выдержкой при каждой. Полученные данные показывают, что при содержании в металле А1ост, меньше 0,01% получается крупное зерно аустенита (рис. 1). Содержание А1ост. в пределах 0,01 - 0,02% в одних опытах давало мелкое, а в других крупное зерно, поэтому на графике нот участок показан пунктирными линиями. По-видимому, в данном случае влияли недостатки метода цементации [10]. Количество Аl ост больше 0,0230% устойчиво обеспечивает мелкое природное зерно. Сопоставление величины природного зерна с ударной вязкостью при врД20-а и после старения листов толщиной 20 мм, имеющих содержание А1ост, от 0,023 до 0,12%, дает возможность наблюдать, что при мелком зерне аустенита ударная вязкость металла изменяется в широком интервале от 6,4 и 7,7 до 3,8 и 5,7 кгм/см2соответственно (рис. 2). Это показывает, что природное зерно, определенное стандартным методом, не полностью характеризует свойства стали. Более важным в этом отношении является установление зависимости роста зерна аустенита от температуры, которая приведена на рис 3, где за начало роста принималась температура появления отдельных крупных, а конец - исчезновение мелких зерен. Из данных рис. 3 видно, что с увеличением А1ост в стали температура начала роста зерна круто поднимается, достигая максимума при 0,04 - 0,05%, и затем постепенно понижается. Кривая температуры, конца роста постоянно повышается, а расстояние между этими кривыми увеличивается. Приведенные результаты по температуре начала ро ста зерна аустенита близки к данным К- А. Малышева [11], но несколько выше данных Дезая [12]. Полученные данные показывают не только оптимальное содержание А10ст. в стали, но дают возможность обоснованно выбрать температуру конца прокатки листов с различным содержанием А1ост. Так прокатку листов с А1ист ниже 0,005% следует заканчивать при температуре не выше 860 -900 °С во избежание получения крупного действительного зерна и, следовательно, низкой ударной вяз кости. Листы с 0,01 - 0,03% А1ост можно прокатывать при более высокой температуре, но не выше соответственно 930 - 1020°С. Повышение А1ост до 0,04 -0,06% дает возможность оканчивать прокатку при 1030 - 1050°С, не опасаясь увеличения действительного зерна. Однако более высокое содержание А1ост приводит к снижению температуры конца прокатки, согласно кривой (1) на рис. 3.