Введение к работе
Актуальность работы.
В настоящее время в связи со значительным общим спадом производства резко возросла потребность в высококачественной низколегированной' стали, что обусловило необходимость разработки новых технологий ее аолучения.
Одним из перспективных направлений повышения качества стали является ее внепечная обработка, в частности, обработка микролегирующими добавками на основе редкоземельных элементов. В отличие от многих других мероприятий возможности этого направления в современных условиях далеко не исчерпаны. Вместе с тем, несмотря на значительное количество научных работ в по использованию редкоземельных металлов, в сталеварении до сих пор нет удовлетворительной технологии их применения. Известные научные работы не дают четкого ответа о времени и месте ввода активных микродобавок.
Кроме того, имеется ряд серьезных противоречий в выводах различных исследователей о влиянии редкоземельных элементов на качество металла. Эти затруднения обусловлены недостаточной изученностью процессов расплавления и растворения лигатур на основе РЗМ в металле, процессов образования продуктов взаимодействия РЗМ* с компонентами металлического расплава и удаления образовавшихся неметаллических включений из стали.
Неоднозначность отклика сталей различных марок на микролегирование добавками на основе РЗМ, отсутствие системного подхода в определении основных факторов, определяющих следственное изменение свойств стали, широкая гамма технологических режимов, применяемых при микролегировании РЗМ, затрудняют использование полученных результатов для конкретных условий производства, в особенности, массового.
Отсутствие достаточного объема достоверной информации о закономерностях плавления и растворения комплексных лигатур на основе РЗМ, выборе их оптимального состава и расхода, выборе составляющих комплексной обработки, обеспечивающих получение чистого от неметаллических включений металла, о влиянии РЗМ на структуру крупного листового слитка, а также на служебные характеристики низколегированных марок стали, обуславливает необходимость специальных исследований в
- A -ласти технологии внепечной обработки низколегированных ста-* лей лигатурами на основе РЗМ в комплексе с обработкой шлаковыми смесями и инертным газом.
Цель работы.
Исследование и разработка основ технологии комплексной обработки низколегированных сталей ответственного назначения лигатурами на основе редкоземельных металлов ( РЗМ ), твердыми шлакообразующими смесями ( ТШС ) и инертным газом для обеспечения стабильности механических свойств и повышения выхода годного листового проката.
Для достижения указанной цели решены следующие задачи:
выработаны подходы к выбору химсостава комплексных лигатур на основе РЗМ, определен диапазон их рационального расхода;
изучен механизм и скорость плавления комплексных лигатур на основе РЗМ в раскисленном металле;
исследован, на базе принятого метода, тепло-и массообмен в системе "комплексная лигатура - сталь";
выработаны подходы к созданию приемлемой для массового производства технологии комплексной внепечной обработки стали, сочетащей микролегирование стали комплексной лигатурой на основе РЗМ и обработкой металла твердой шлакообразущеи смесью иазотом или инертным газом;
изучено влияние внепечной комплексной обработки на структуру крупного листового слитка и свойства листового проката.
Научная новизна:
впервые изучен механизм и скорость плавления комплексных лигатур на основе РЗМ в раскисленном металле;
на основе принятой модели исследован тепло- и массообмен в системе "комплексная лигатура - сталь",установлены зависимости процесса тепломассообмена от фракции и начальной температуры комплексной лигатуры;
установлен оптимальный химический состав и удельный расход комплексных лигатур на основе РЗМ, рациональное время их ввода в условиях массового производства и разработанной комплексной обработки стаж;
- 5 -экспериментально установлены взаимосвязи между составом и расходом комплексных лигатур и качественными характеристиками металла, включая макро- и микроструктуру и механические свойства;
установлены оптимальные соотношения расходов лигатур, ГШС и инертного газа,обеспечивающие высокие качественные показатели для низколегированных сталей марок 10ХСНД и 09Г2С.
Практическая ценность:
предложен комплекс требований для выбора оптимального состава комплексных лигатур на основе РЗМ;
установлены кинетические закономерности плавления комплексных лигатур на основе РЗМ;
разработана технология комплексной обработки низколегированных сталей, обеспечивающая повышение и стабилизацию ее механических свойств, а также увеличение выхода годного листового металлопроката.
На защиту выносятся следующие положения и результаты.
Метод выбора химического состава и удельного расхода комплексной лигатуры на основе РЗМ для микролегирования низколегированных сталей.
Рассчитанные на базе принятой модели закономерности зависимости тепломассообмена в системе "комплексная лигатура - сталь" от фракции лигатуры и ее начальной температуры.
Экспериментально установленные закономерности формирования зон и структуры крупного листового слитка, микролегированного РЗМ по разработанной технологии внепечной комплексной обработки.
Полученные зависимости механических свойств листового проката и выхода годного от расхода комплексной лигатуры.
Предложенная технология внепечной комплексной обработки низколегированных марок стали, сочетающая микролегирование стали РЗМ с обработкой ТШС и азотом или инертным газом.
Апробация работы.
Основные результаты и положения работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях и семинарах: Первом международном конгрессе сталеплавильщиков. Москва. 1992 г.,^Втором международном конгрессе сталеплавильщиков. Липецк. 1993 г., Третьем международном конгрессе сталеплави-
- б -
лыциков. Москва. 1995 г..Республиканской научно- технической конференции, "Прогрессивные способы плавки" Киев. 1992 г., ежегодных научно - технических конференциях Донбасского горно - металлургического института. Алчевск. 1987 - 95 г.г.
Личный вклад автора.
Согласно теме диссертации в соавторстве написано 3 печатных работы и получено 1 авторское свидетельство на изобретение. В работах изложены особенности обработки стали сложными лигатурами на основе РЗМ, разработаны рекомендации по выбору лигатур и приведены результаты экспериментального опробования разработанной технологии.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 4 работы, список которых приведен в конце автореферата.
Структура и объеи работы, диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка используемой литературы из 83 наименований, работа изложена на 125 страницах сквозной нумерации, в том числе 15 таблиц и 34 рисунка.