Влияние различных параметров производства брака непрерывнолитых заготовок трубных марок стали

Введение
С учетом широкой области применения непрерывнолитых заготовок, одним из самых актуальных векторов направления черной металлургии является производство заготовок широкого номенклатурного ряда для бесшовных нефте-газопроводных и газлифтных труб. Усложнение условий добычи и транспортировки углеводородов обуславливает постоянное повышение требований нефтегазовой промышленности к уровню свойств трубной продукции, что требует интенсификации работ по повышению технологических свойств и качественных показателей непрерывнолитых заготовок, используемых для производства бесшовных труб. Залогом получения высоких прочностных характеристик бесшовных труб наряду с высоким уровнем их сопротивления разрушению по хрупкому механизму при низких температурах является изготовление высококачественной непрерывнолитой заготовки с минимальной химической и структурной неоднородностью.
Внесение кардинальных конструктивных изменений в установки непрерывной разливки сталей является крайне сложным, в связи с чем, одним из наиболее оптимальных путей повышения уровня качественных показателей непрерывнолитых заготовок является изменение химического состава трубных марок стали для производства бесшовных труб.
Уменьшение содержания углерода в сталях, введение микролегирующих элементов, обеспечивающих измельчение зерна и упрочнение стали, являются наряду с другими способами воздействия, эффективными мероприятиями по достижению требуемых качественных показателей непрерывнолитых заготовок. Уменьшение содержания углерода также позволит снизить уровень химической и структурной неоднородности, а с учетом добавок микролегирующих элементов позволит повысить и уровень вязкопластичных характеристик трубной продукции. Другим немаловажным и недостаточно изученным фактором является влияние химического состава стали на качественные показатели непрерывнолитых заготовок, а именно, на формирование горячих трещин, связанных с недостаточно высокой горячей пластичностью непрерывнолитых заготовок.
Таким образом, совершенствование химического состава марок стали для производства непрерывнолитых заготовок, позволяющее снизить уровень дефектов, и способствующее повышению показателей уровня выхода годного с одновременным повышением показателей свойств горячекатаных труб, является актуальным направлением в области повышения конкурентоспособности отечественной металлопродукции и ее качества. 
1. Влияние параметров производства на качество выпуска заготовок
Ранее проведенными исследованиями в полупромышленных условиях была доказана принципиальная возможность производства железнодорожных рельсов из непрерывнолитых заготовок кислородно-конвертерной стали [2-5].
В 1982г. ЦНИИчерметом и УкрНИИметом в условиях НПО "Тулачермет" были получены непрерывнолитые заготовки кислородно-конвертерной стали крупного сечения - 335x400 мм. Из заготовок были прокатаны рельсы Р75 и Р65 на комбинате "Азовсталь" и Р50 на Днепровском металлургическом комбинате им. Дзержинского. Были получены положительные результаты [6].
Была опробована непрерывная разливка рельсовой стали I и II группы качества по ГОСТ 24182-80 на УНРС Оскольского электрометаллургического (ОЭМК), Орско-Халиловского металлургических комбинатов и Донецкого металлургического завода. Сталь выплавляли в дуговых электропечах и перед разливкой на УНРС продували аргоном и вакуумировали. На УНРС вертикального и радиального типов было разлито свыше 3 тыс.т рельсовой стали I и II групп качества, выход годных заготовок составил 82,2 и 83,7% соответственно. На радиальных машинах ОХМК подвод металла в промковш осуществляли открытой струей, а в кристаллизаторе поверхность металла защищали шлакообразующей смесью. На Донецком металлургическом заводе струю металла, поступающую в промковш, защищали шамотографитовой трубой, для засыпки зеркала металла использовали графит. На ОЭМК для защиты струи металла на участке стальковш-промковш применяли шамотографито-вые огнеупорные трубки, которые с помощью специального устройства стыковали со стаканом шиберного затвора; поверхность металла в кристаллизаторе защищали шлакообразующей смесью. Установлено, что применение защиты металла от вторичного окисления на ОЭМК позволило получить содержание кислорода в среднем 0,0031% для I группы качества стали и 0,0045% для II группы, т.е. снизить на 37 и 27% (отн.) по сравнению с заготовками ОХМК и Донецкого металлургического завода соответственно.
На ОЭМК на опытных плавках была опробована система водо-воздушного охлаждения, которая обеспечила снижение удельного расхода воды на 35% по сравнению с ОХМК. При этом наблюдалось более равномерное распределение температуры поверхности по периметру заготовки на выходе из зоны вторичного охлаждения, отбраковка заготовок по поверхностным дефектам уменьшилась с 4,3 до 0,4%.
При опробовании разливки рельсовой стали на Кузнецком металлургическом комбинате (КМК) установлено, что выход рельсов 1 сорта из непре-рывнолитых заготовок на 22 и 25% выше для рельсов I и II групп качества соответственно, чем для рельсов из обычных слитков. По сравнению с рельсами текущего производства на КМК рельсы из непрерывнолитых заготовок не имеют отсортировки по неметаллическим включениям в виде строчек, уровень механических свойств достаточно стабилен, выше требований ГОСТ 24182-80 и находится в более узких пределах.
В работе [4] сообщается, что при разливке трех опытных плавок рельсовой стали на УНРС Донецкого металлургического завода температура металла в промежуточном ковше составляла 1485-1510С, скорость разливки для первой и второй плавок - 0,7 м/мин, для третьей - 0,5 м/мин. УНРС имела две зоны охлаждения, общий расход воды по которым составлял 30 и 10 м3/ч соответственно. В зоне вторичного охлаждения применяли экранирование заготовки, благодаря чему снизился удельный расход воды, составлявший 0,2-0,3 л/кг стали. Это обусловило в определенной мере "мягкое" вторичное охлаждение, что способствовало снижению пораженности заготовок внутренними трещинами. Рельсы типа Р65, прокатанные из непрерывно-литой заготовки на комбинате "Азовсталь", имеют более высокие значения временного сопротивления, относительного удлинения по сравнению с требованиям ГОСТ 24182-80, а разработанная технология выплавки и разливки рельсовой стали на УНРС обеспечивает получение из непрерывнолитых за готовок опытных рельсов, все аттестационные показатели которых удовлетворяют требованиям ГОСТ 24182-80. По качеству поверхности опытные образцы, полученные из заготовок, не подвергнутых огневой зачистке, соответствуют 1 сорту.
За рубежом производство железнодорожных рельсов из непрерывноли-тых заготовок осуществляется в промышленных масштабах [7-8]. Так, фирмами "British Великобритания; "Thyssen", ФРГ; "Bethlehem Steel", США; "Син ниппон сэйтецу" и "Ниппон кокан", Япония, и другими, рельсовую сталь разливают в заготовки толщиной в 250-300 мм и шириной 300-600 мм, из которых прокатывают рельсы различного сортамента. Суммарная вытяжка при прокатке колеблется в основном от 10 до 28.
Главными особенностями производства рельсовой стали из непрерыв-нолитых заготовок за рубежом являются обязательное вакуумирование металла, тщательная герметизация всего металлотракта - от сталеразливочного ковша до кристаллизатора - и, в большинстве случаев электромагнитное перемешивание на значительной части длины жидкой лунки заготовки. Так, на заводе "Стилтон" фирмы "Bethlehem Steel", США, рельсовую сталь выплавляют в дуговых печах емкостью 160-170т, разливают на 3-х ручьевой блюмо-вой УНРС на заготовки сечением 365x590мм. Перед разливкой сталь продувают аргоном, средняя скорость разливки составляет 0,5 м/мин, для охлаждения заготовки в процессе разливки применяют водовоздушное охлаждение [9]. Результаты испытаний показали, что рельсовая сталь, разлитая на УНРС, отвечает международным нормам и даже превосходит сталь для рельсов обычного производства в отношении уменьшения сегрегации, улучшения микроструктуры и механических свойств.