Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние вопроса и задачи исследования 6
1.1. Валки прокатных станов. Общие требования 6
1.2. Износ и поломки валков при эксплуатации 9
1.3. Разрушение валков в процессе изготовления 14
1.4. Состав и структура валковых материалов 19
1.5. Технология изготовления валков 25
1.6. Заключение. Цель и задачи исследования 32
Глава 2. Анализ причин разрушения валков производства ормето-юумз 35
2.1.Чугунные валки 35
2.1.1. Дефекты строения и причины разрушения в процессе изготовления ...35
2.1.2. Причины разрушения валков в процессе эксплуатации 41
2.2. Стальные валки 47
2.2.1. Дефекты структуры и разрушение валков на стадии изготовления 47
2.2.2. Разрушение стальных валков в процессе эксплуатации 54
2.2.2.1. ОАО «Уральская сталь» 54
2.2.2.2. ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» 56
2.3. Заключение 60
Глава 3. Производство чугунных валков 62
3.1. Рекомендуемые химический состав и структура чугунных валков 62
3.2. Технология выплавки и внепечной обработки чугуна 64
3.2.1. Общие положения технологии 64
3.2.1.1. Выплавка чугуна в основной дуговой электропечи 67
3.2.1.2. Выплавка чугуна в кислой печи 67
3.2.2. Внепечная обработка чугуна 68
3.3.Технология заливки чугуна в формы 69
3.4. Химический состав и микроструктура валков 70
3.5.Заключение 107
Глава 4. Валки горячей прокатки массой более 30т 109
4.1. Выбор материала валков 109
4.2. Технология изготовления валков 111
4.2.1. Выплавка и внепечная обработка металла 111
4.2.2. Разливка металла, ковка слитков и изготовление валков 115
4.3. Структура и свойства поковок для валков горячей прокатки 117
4.4. Заключение 134
Глава 5. Составной опорный валок диаметром более 900мм . 136
5.1. Конструкция составного валка 136
5.2. Технология изготовления составного опорного валка с литым стальным бандажом 139
5.2.1. Выплавка исходного металла 139
5.2.2. Технология получения отливки бандажа 142
5.2.3. Термообработка отливки бандажа 144
5.3. Анализ структуры и свойств бандажа 147
5.3.1. Макро- и микроструктура 147
5.3.2. Механические свойства бандажа 153
5.4. Стойкость бандажированных валков 158
5.5. Заключение 162
Заключение 164
Литература 167
Приложения 175
- Износ и поломки валков при эксплуатации
- Дефекты строения и причины разрушения в процессе изготовления
- Технология выплавки и внепечной обработки чугуна
- Технология изготовления валков
Введение к работе
Надежность и долговечность валков являются решающими факторами, определяющими качество продукции, производительность и экономическую эффективность станов горячей прокатки. Производство валков у изготовителя должно быть экономически эффективным.
Для изготовления валков необходимо использовать материалы, имеющие невысокую стоимость, но при этом износостойкость материала валка должна удовлетворять требованиям заказчика. В 2003 году «ОРМЕТО - ЮУМЗ» при изготовлении валков горячей прокатки имел 215,5 тонны брака. Из них 67% получено на кованых валках из стали марки 60ХН и 17% - на литых бандажах из марки 150ХНМ. Поковки заготовок валков горячей прокатки из стали 60ХН в 7 случаях из 11 забракованы по неметаллическим включениям. Чугунные валки были забракованы по усадочным раковинам в бочке и продольным трещинам.
Интенсивность износа, степень напряженности и повреждаемости валков во время работы зависят от исходных свойств материала, а также от типа стана и клети, марки стали подката и сортамента прокатываемой продукции, технологических режимов прокатки.
Потери от разрушения валков у изготовителя и потребителя составили более 10 млн. рублей. Поломка рабочих валков на отдельных марках стали на стане 2000 ОАО «ММК» достигает 33%. Разрушение валков и у изготовителя и у потребителя связано с недостаточной пластичностью материала, низким сопротивлением хрупкому разрушению, неоптимальной формой и размерами неметаллических включений.
Для тяжелонагруженных клетей, реверсивных станов валки изготавливают из легированных стали и чугуна. Для изготовления кованых валков используют
доэвтектоидную сталь марок 75ХМ, 60ХН и др. Литые валки и бандажи изготавливают из заэвтектоидной стали марок150ХНМ, 180СХНМ, а для изготовления чугунных валков используют чугун марок СПХН, СШХН и др. Высокое содержание углерода в валковых материалах обеспечивает их высокую прочность, однако валковые материалы должны иметь и определенную пластичность, В износостойких валковых материалах пластичность в существенной степени зависит от структуры металлической основы.
При горячей прокатке на поверхности валков образуются трещины разгара. Разгаростойкость валковых материалов в значительной мере связана с повышенным содержанием серы. Однако при весьма низком содержании серы согласно данным ряда исследований возможно появление камневидного излома I рода, обусловленного выделением по границам аустенитного зерна сульфида марганца. Хрупкие участки структуры и не удаленные трещины разгара могут приводить к разрушению валка при эксплуатации.
В 1999/2000гг. машиностроительный концерн ОРМЕТО-ЮУМЗ понес значительные убытки, так как заказчик повысил требования по твердости стали марок 75ХМ, 90ХФ. С целью получение высокой твердости бочки была понижена температура отпуска. Брак составил почти 30% произведенной поставки.
Учитывая это, в данной работе решалась задача, используя имеющиеся в концерне плавильные агрегаты, путем оптимизации технологии выплавки и внепечной обработки повысить качество валкового металла и на этой основе сократить издержки на изготовление валков.
Износ и поломки валков при эксплуатации
Одним из основных требований к прокатным валкам является высокая устойчивость бочки валка к износу [14,15]. Износ зависит от физических, химических и механических свойств трущихся поверхностей, сочетания материалов трущихся поверхностей (пары фрикционные и антифрикционные), взаимодействия трущихся поверхностей с разделяющей их средой, чистоты механической обработки, вида трения (сухое, граничное, полужидкостное или жидкостное), удельного давления между телами, скорости взаимного перемещения трущихся поверхностей относительно друг друга, продолжительности взаимодействия между телами.
Различают [3, 16-29] следующие виды износа: износ схватыванием; окислительный; тепловой; абразивный; осповидный, характерный для трения качения. Износ схватыванием возникает при трении скольжения с малыми скоростями относительного перемещения трущихся поверхностей и небольшом удельном давлении при отсутствии смазки. Коэффициент трения может достигать 1...4. Интенсивность изнашивания при такой величине коэффициента трения является максимальной. По литературным данным коэффициент трения на стане в рабочих клетях составляет 0,5...1,0.
Окислительный износ характеризуется диффузией кислорода в металл деформируемых при трении поверхностных слоев и образованием твердого раствора кислорода и химических соединений в металле. В тяжело нагруженных деталях машин и при больших скоростях трения возникает тепловой износ, характеризующийся процессом рекристаллизации, схватывания и оплавления трущихся металлов. Темп изнашивания при этом является наибольшим. Абразивный износ - это процесс царапания трущихся поверхностей твердыми абразивными частицами (цементит в чугунных валках, карбиды в подкате) металла поверхностных слоев трущихся деталей, сопровождающийся протеканием микропластической деформации и упрочнением. При этом виде износа большое значение имеет твердость, предел прочности и вязкость металла. Прокатные валки подвержены всем указанным выше видам износа [30-32]. При прокатке абразивному износу валка способствует окалина, которая образуется на поверхности бочки валка и подката. Износ поверхности валков происходит также за счет образования трещин разгара, что связано с термо-циклированием, т.е. чередованием циклов «нагрев-охлаждение», при прокатке. В качестве охладителя поверхности валка используется подогретая вода, которая способствует коррозии поверхности валка, поскольку поверхность валка постоянно находится в напряженном состоянии. Коррозионная стойкость валка зависит от отношения концентраций Сг/С [6].
На рабочих валках наибольший износ наблюдается в средней части бочки и уменьшается к краям бочки. На опорных валках наибольший износ наблюдается на участках «края полосы». Изучение поверхности разрушения образцов показало существенное влияние на процесс изнашивания цементитной фазы. Карбиды, особенно высокотвердые, затрудняют внедрение и продвижение абразивных частиц. Вначале разрушается металлическая основа, на которой находятся островки с карбидной фазой, а затем, после многократного взаимодействия с абразивом, сами карбиды (цементит). При большом количестве в структуре карбидов цементитного типа в рельефе поверхности разрушения обнаруживаются ямки, которые образуются в результате выламывания и вырыва карбидов из металлической основы. Под действием абразивных частиц ямки укрупняются, и процесс изнашивания интенсифицируется.
Износ резко снижается, если металлическая основа имеет высокую твердость, прочно удерживает частицы карбидов и не деформируется при воздействии абразива. Износ прокатных валков происходит также за счет образования на поверхности бочки сколов. Сколы связаны с термическими напряжениями и усталостными явлениями в материале валка. Разрушение валка или сколы его поверхности от усталости происходят вследствие возникновения микротрещин, которые постепенно развиваются в глубь сечения детали или участка ее поверхности. Поверхностный наклепанный слой валка более склонен к усталостным явлениям.
Причиной выкрашивания может быть также проскальзывание подката относительно поверхности валка. При этом происходит резкое локальное повышение температуры до значений, намного превышающих температуру отпуска. Возникающий эффект отпуска приводит к локальному понижению твердости. В результате образуются структуры с разными значениями твердости и разным удельным объемом. Разница объемов является причиной образование трещин растяжения, которые приводят к усталостному трещино-образованию и выкрашиванию вследствие усталостных напряжений под воздействием изгибающих знакопеременных нагрузок при прокатке.
Выкрашивание может происходить также из-за значительных остаточных напряжений, которые образуются в валке при длительных периодах прокатки. Причинами выкрашивания могут быть и подрезы или разогрев поверхности валка при перешлифовке. Выкрашивание чугунных валков может происходить по графитовым включениям. При уменьшении количества и размеров графитовых включений износостойкость валков увеличивается. В то же время графитовые включения уменьшают износ при трении.
При эксплуатации и даже на стадии изготовления прокатные валки могут разрушаться под действием механических нагрузок, термоциклирования, действия коррозии и других причин [35-39].
Трещины в материале образуются в результате упругой и пластической деформации. Всякая стесненная деформация, вызванная температурными, магнитными, механическими и другими полями сопровождается ростом внутренних напряжений, которые приводят к образованию трещин. Разрушение валков носит, как правило, хрупкий характер. В процессе эксплуатации-из-за низкого качества металла, длительного периода прокатки, неоптимального съема металла при перешлифовке в поверхностном слое могут образовываться усталостные трещины. Развитие их идет медленно, поэтому на станах должны использоваться мероприятия по залечиванию трещин усталости, в частности, проводиться операции отдыха валка. Но это проводится не всегда и, как правило, валок эксплуатируется в клети вплоть до полного разрушения.
Валки сортовых станов работают в менее жестких условиях эксплуатации, чем на листопрокатных станах. Но, тем не менее, валки сортовых станов работают в весьма сложных силовых, температурных и скоростных условиях, при воздействии коррозионной охлаждающей среды. Стойкость валков определяется величиной их износа, под которым понимают интенсивность контактной повреждаемости (износа) их поверхностных слоев. В связи с износом калибров становится необходимой периодическая переточка валков, включающая восстановление части поверхности и конфигурации калибров. После определенного количества переточек валки становятся непригодными для дальнейшей эксплуатации вследствие существенного изменения размеров.
Дефекты строения и причины разрушения в процессе изготовления
Излом валка хрупкий, мелкокристаллический, светло-серый (сталистого цвета), блестящий. Поверхность излома ровная, перпендикулярна оси валка. От поверхности до осевой зоны выражена транскристалличность с радиальным расположением кристаллов. В осевой зоне усадочная раковина диаметром 20мм. Светло-серый цвет и блеск излома свидетельствуют о том, что трещина на бочке валка холодная.
При охлаждении отливки происходит понижение ее температуры от 1600С до 20С. Кроме того, за счет разных диаметров бочки и шейки образуются усадочные (литейные) напряжения. Когда сумма термических и усадочных напряжений превысила предел прочности материала валка, произошло его разрушение. Таким образом, причинами разрушения валка явились высокие внутренние напряжения и повышенная хрупкость материала валка вследствие сплошного отбела. Сквозной отбел обусловлен, возможно, заниженным отношением содержаний никеля и хрома (см. рис. 1.1) при низком содержании углерода.
В табл. 2.1 приведен химический состав и свойства материала валков, лопнувших или забракованных на стадии изготовления. Два валка (№11 и 12) разрушились при нагреве под нормализацию, на остальных образовались трещины. Из десяти приведенных схем расположения трещин на пяти (№6-10) трещины поперечные, т.е. валки имели тенденцию разрушения в поперечном направлении. На одном валке (№ 2) трещина расположена в переходе от бочки к шейке, на двух валках (№ 3,4) трещины горячие долевые. На одном валке (№1) трещины на бочке и долевые и поперечные, т.е. тенденция разрушения смешанная - в долевом и поперечном направлениях.
При значительно развитой площади усадочных дефектов из-за плохой подпитки валка жидким металлом и при наличии сквозного отбела происходило разрушение валка в форме. Излом валка при этом был хрупким, мелкокристаллическим, сталистым, блестящим, с ярко выраженной транскристаллизацией. Основной причиной разрушения валков, являются повышенная хрупкость материала бочки валка, несовершенная технология выплавки и заливки валков (перегрева расплава в печи, высокая скорость охлаждения отливки), выравнивания температуры в валке и, тем самым, увеличивает опасность образования трещин и разрушений валка в форме.
На стадии разработки технологии изготовления валков наряду с разрушениями валков происходило образование продольных и поперечных трещин на бочке. Трещины имели различную длину, раскрытие и глубину. При этом твердость на поверхности отливки после ее выбивки составляла от 400 до 480 НВ, что свидетельствовало о высокой хрупкости поверхностного слоя. Содержание углерода при этом составляло 3,2...3,9%, отношение Ni/Cr «1. Отмечалось и повышенное (0,03...0,050%) содержание серы, которая способствует горяче-ломкости.
Скорость охлаждения бочек валков в кокиле выше оптимальной приводила к росту количества ледебурита в структуре валка, следствием чего было увеличение твердости бочки валка. Увеличение перегрева жидкого металла способствовало увеличению размеров эвтектики включений.
Приведенный анализ поверхности изломов и характер трещин позволяет сделать следующие выводы.
1. Изломы разрушившихся чугунных валков хрупкие. В них неоптимизи-рованны содержания углерода, серы, фосфора, хрома, никеля. Углерод, повышая твердость и прочность, увеличивает хрупкость. Сера в количестве 0,03...0,05% способствует горячеломкости, фосфор - образованию холодных трещин. Неоптимальная скорость теплоотвода (тонкий или, наоборот, массивный кокиль) приводит к образованию трещин или разрушению валков при нагреве под термообработку. Одновременно это свидетельствует о недостаточной вязкости материала валка. Вязкость материала валка может быть повышена за счет увеличения содержания никеля. Оптимизация отношения Ni/Cr необходима также для исключения сплошного отбела по сечению бочки валка,
Технология выплавки и внепечной обработки чугуна
Технологическая схема изготовления валков приведена на рис.3.1. Технология металлургической стадии производства валка включает: 1) выплавку исходного металла; 2) внепечную обработку; 3) заливку металла в форму и его кристаллизацию; 4) термическую обработку заготовки.
Как было показано ранее (глава 1) выплавку чугуна для изготовления валков целесообразно производить в электрических печах, поскольку при этом имеется возможность относительно легко регулировать содержание вредных примесей - серы и фосфора, а также температуру расплава.
При изготовлении литых чугунных валков было опробовано 3 варианта технологии выплавки: - выплавка чугуна в электродуговой печи с основной футеровкой вместимостью 12т; - выплавка чугуна в электропечи с кислой футеровкой вместимостью Зт; - одновременная выплавка чугуна в печах вместимостью Зт с кислой футеровкой и в электропечи вместимостью 1,5т с основной футеровкой.
Разные способы выплавки позволяют иметь различную природу неметаллических включений, что влияет на прочностные и пластические характеристики материала валка. Кроме того, неметаллические включения являются центрами выделения графита [121, 124]. Предстояло выяснить, как влияет способ выплавки на твердость поверхностного слоя, форму и размеры графита.
В качестве передельного использовали природнолегированный хромони-келевый чугун производства ОАО «Уральская сталь». Это позволило уменьшить величину добавки в металл углеродистого феррохрома, содержащего твердые карбиды Сг7С3. Как было установлено, эти карбиды сохраняются и в структуре валков. Такие карбиды отрицательно влияют на их свойства.
Известно также, что на глубину относительного отбела (чистый отбел + переходная зона) оказывает влияние количество науглераживателя в шихте, окисленность шлака, продолжительность выдержки чугуна над окислительным шлаком [12]. Чем" больше науглераживателя, чем менее окислителен шлак, а также чем меньше выдержка под окислительным шлаком, тем больше величина относительного отбела. Чистый отбел определяет износостойкость чугуна, относительный отбел г- его прочность.
Относительная отбеливаемость чугуна зависит от условий плавки [56]. Перегрев и выдержка [34] под восстановительным шлаком жидкого металла очищает металл от включений и увеличивают относительную отбеливаемость. Это дает возможность получать качественные отбеленные отливки на шихте с коксовым чугуном.
На увеличение глубины переходного слоя положительное влияние оказывает модифицирование. Поэтому в чугун рекомендуют вводить в небольших количествах добавки силикокальция, силикоалюминия, ферротитана, меди, теллура, бора и серы, смеси ферросилиция с карбидом кальция [43, 74]. 3.2.1.1. Выплавка чугуна в основной дуговой электропечи
Особенностью выплавки чугуна в печах с основной футеровкой является возможность рафинирования металла от серы и фосфора, получения металла с низким содержанием кремния.
Плавление шихты вели на максимальной мощности трансформатора. После полного расплавления и наведения шлака металл перемешивали и контролировали температуру. Она должна быть не ниже 1350С.
Для доведения содержания углерода до заданного предела на зеркало металла присаживали электродный бой или коксовую мелочь. При наличии жид-коподвижного шлака его обрабатывали коксовой крошкой для получения рафинировочного карбидного шлака. После наведения карбидного шлака производили выдержку (не менее 20 мин.) металла в печи при закрытой заслонке рабочего окна. После выдержки карбидный шлак переводили в белый путем введения в печь свежеобожженной извести. Состав шлаков указан в таблице 3.2.
В печи с кислой футеровкой сера и фосфор не удаляются, кремний восстанавливается из футеровки печи, наблюдается значительный угар марганца. Плавку проводили методом переплава легированных отходов. Плавление шихты проводили на максимальной мощности трансформатора. После полного расплавления шихты температуру металла доводили до 1340...1350С. При необходимости для доведения содержания углерода до заданного состава на поверхность зеркала металла присаживали электродный бой или коксовую пыль. Корректировку содержания кремния проводили в любой период плавки, т.к. угар кремния в период плавки практически не происходил. Ферромарганец вводили за 5...8 мин. перед выпуском плавки. Феррохром вводили в печь при хорошо нагретом (до температуры 1370...1390С) металле. Температура жидкого чугуна в печи перед выпуском 1390... 1400, температура начала разливки составляла 1290...1300С.
Технология получения чугуна с шаровидной формой графита включала несколько операций: десульфурацию, предсфероидизирующее инокулирование, сфероидизирующую обработку и послесфероидизирующее инокулирование. Перед модифицированием содержание серы в чугуне должно быть не более 0,025%. Предсфероидизирующую обработку вели небольшими добавками кремния, силикокальция и других реагентов. Чугун с шаровидной формой графита получается модифицированием чугуна магнийсодержащими лигатурами [44]. Модифицирование проводили в разливочном ковше лигатурой марки ФСМГ-7, которая содержала % (масс): 6,5...8,5 Mg; 0,2...1,0 Са; 0,3...1,0 РЗМ; 45,0...55,0 Si. Применение модификатора на кремниевой основе должно привести к получению необходимой глубины отбеленного слоя, перлитной структуры с глобулярным графитом. В результате должны были повысится прочность и твердость валков.
Сухую лигатуру фракцией 20мм из расчета 1,7...2,5% от массы плавки перемешивали с просушенным плавиковым шпатом (фракция 10...20 мм) в количестве 0,5...1,0% от массы металла и засыпали на дно ковша. Температура ковша до загрузки лигатуры была не ниже 100С. Для предотвращения всплы-вания лигатуры проводили пригружение специальными чугунными плитами или тонколистовой обрезью. Время выдержки металла в ковше составляло 15...18 мин.
Для изготовления отливки валка использовали опытную литейную форму, в которой для получения бочки валка использован кокиль, а для получения шеек - земляные формы (рис. 3.2). На наружную поверхность металлического кокиля наносилась теплоизолирующая обмазка. Изменением толщины обмазки регулировали скорость кристаллизации металла. Температура нагрева кокиля перед заливкой согласно рекомендациям [125] составляла 100...120С. Для засыпки прибыли применяли коксовую крошку или древесный уголь. Диаметр стакана в разливочном ковше и промежуточной воронке был равен 60мм. Из 12-тонной электропечи отливали 2...3 валка, из остальных печей - по одному.
Процесс заливки формы состоял из трех периодов: начало заливки осуществляли небольшой струей до перекрытия питателя в течение 5...8 с. Температура начала заливки составляла 1290...1300С; при заливке бочки скорость увеличивали максимально при полном открытии стопоров; при появлении пламени на границе бочка-шейка один стопор закрывали и продолжали заливку через один стопор. В зависимости от температуры металла производилась подпрес-совка через промежуточную воронку.
Технология изготовления валков
Схема изготовления кованых стальных валков приведена на рис. 4.1. На начальной стадии освоения производства выплавку стали для кузнечных слитков производили в электропечи ДСП-50 с основной футеровкой по классической двухшлаковой технологии. В качестве шихты использовали чушковый передельный чугун и металлический лом. Чтобы получить по расплавлении шихты низкое содержание серы и фосфора, использовали чугун марок ПІ, П2 и ПВК2. Шихтовка плавки производилась из расчета получения после расплавления содержания углерода в металле не менее чем на 0,9% выше среднего марочного. В составе лома использовали никельсодержащие отходы собственного производства и никель марки НІ. Для легирования и раскисления применяли ферросплавы: ферромарганец ФМн75, силикомарганец СМн26, феррохром марки ФХЮО, ферросилиций ФС45, алюминий марки АВ91. В качестве шлакообра-зующих использовали известняк, известь, шамотный бой и плавиковый шпат. окончательная мех. обработка
На подину печи заваливали легковесную шихту в количестве 20...25% от массы плавки, затем половину необходимого количества чугуна, весь осталь ной лом и остальной чугун. Для раннего шлакообразования в завалку вводили известняк и окалину.
Общая продолжительность плавления составляла 2,5...3,0 часа. До полного расплавления шихты дважды проводили частичное удаление шлака. Удаление шлака производили до получения содержания фосфора не более 0,025%. К концу периода плавления основность шлака составляла более 1,7, а содержание FeO в шлаке - порядка 12%. Перед наведением шлака окислительного периода температура металла была не менее 1530...1560С.
Шлак окислительного периода наводили железной рудой, известью, плавиковым шпатом или шамотным боем. Продолжительность окислительного периода составляла 40...90 мин. Период кипения заканчивали при содержании углерода к моменту удаления шлака не более чем на 0,08% ниже заданного нижнего предела. Температура металла к концу периода окисления составляла 1530...1610С.
При выплавке металла по классической двухшлаковой технологии без вне-печной обработки скачивали окислительный шлак и проводили восстановительный период. В металл вводили алюминий для глубинного раскисления, а на зеркало металла присаживали ферромарганец или силикомарганец. Новый шлак наводили присадками извести и плавикового шпата. В течение всего восстановительного периода шлак раскисляли молотым ферросилицием. Продолжительность периода составляла 50...60 мин. Температура металла в печи перед выпуском находилась в пределах 1610... 1630С.
При выплавке металла с внепечной обработкой в ковше-печи восстановительного периода в ДСП не проводили. После окончания окислительного периода и предварительного раскисления металла в печи ферромарганцем или силикомарганцем плавку выпускали в ковш. В ковше металл подвергали вне-печной обработке на агрегате комплексной обработки стали (АКОС). В ковше-печи наводили новый шлак из извести, плавикового шпата и оксида алюминия, разогревали его с помощью электродуг и через донный продувочный блок продували металл аргоном. Общее количество вводимых шлакообразующих зависело от количества печного шлака, попавшего в ковш при выпуске плавки. Оно должно было обеспечить получение раскисленного шлака с высокой рафинирующей способностью, а высокоосновный шлак и продувка аргоном должны обеспечить хорошую десульфурацию стали в ковше.
По расплавлении шлака в ковше-печи и при недостаточном содержании углерода в металле шлак обрабатывали коксиком и производили раскисление металла ферросилицием. При необходимости проводилась корректировка химического состава. Алюминий в виде проволоки для окончательного раскисления и регулирования величины зерна вводили трайб-аппаратом в раскисленный металл. Максимальное время обработки - 60 мин.
На ряде плавок в ковше-печи опробовали модифицирование металла. Для модифицирования использовали порошковую проволоку с силикокальцием или комплексным Ca-Mg-Ba-Al-Si-РЗМ-содержащим модификатором (модификатор Insteel-З, табл. 4.3). При этом исходили из того, что, как было показано в главе 1, при введении кальция в металл, раскисленный алюминием, происходит трансформация оксидных и сульфидных неметаллических включений, уменьшается их количество. Редкоземельные элементы (РЗМ), введенные в металл вместе с кальцием, усиливают трансформацию неметаллических включений и оказывают модифицирующее действие на кристаллическую структуру, степень развития ликвационных процессов.
Слитки из сталеплавильного цеха передавали в кузнечно-прессовый цех в вагоне-термосе в горячем состоянии (температура 650С). Ковку слитков проводили на прессе усилием 6000т. Для ковки валков использовали специальные вырезные бойки [104]. Нагрев слитков перед ковкой проводили в газовой печи. Режим нагрева горячих слитков: максимально допустимая температура в печи при посадке 850С, выдержка при температуре посадки 4 часа. Скорость нагрева металла до температуры под ковку не ограничивали. Температура начала ковки 1200С, выдержка перед ковкой 5,5 часа. Температура конца ковки при интенсивном обжатии 800С, при проглаживании - 700С. После ковки заготовки валков охлаждали на спокойном воздухе до температуры 300...350С по шейке. При ковке отрубали донную и прибыльную части.
Основной проблемой производства крупных поковок является проработка металла в ликвационных зонах. Увеличение массы слитка сопровождается ухудшением его качества: развитием осевой и внеосевой ликвации, пороков усадочного происхождения, увеличением газонасыщенности металла. Если при ковке мелких слитков контактные силы трения вызывают затруднение течения металла поверхностных слоев и сосредоточение деформации в осевой зоне, то при ковке тяжелых слитков осевая зона оказывается непроработанной. Относительно простым методом улучшения проработки металла по всему сечению поковки, использованным в нашей работе, является чередование углов кантовки 90 и 45 при протяжке. Качественную проработку и уплотнение металла осевой зоны обеспечило и применение подстуживания поверхности слитка перед ковкой. Продолжительная выдержка металла при нагреве под горячую деформацию обеспечивает некоторое выравнивание химического состава в результате диффузии.
