Горкуша Дмитрий Витальевич. Исследование технологии выплавки и ковшевой обработки низкоуглеродистых сталей класса IF для глубокой вытяжки с целью повышения качества продукции

brief description

Горкуша Дмитрий Витальевич. Исследование технологии выплавки и ковшевой обработки низкоуглеродистых сталей класса IF для глубокой вытяжки с целью повышения качества продукции;[Место защиты: ФГБУН Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук], 2021

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова
Российской академии наук
На правах рукописи
ГОРКУША ДМИТРИИ ВИТАЛЬЕВИЧ
ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ВЫПЛАВКИ И КОВШЕВОЙ ОБРАБОТКИ НИЗКОУГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ КЛАССА IF ДЛЯ ГЛУБОКОЙ ВЫТЯЖКИ С ЦЕЛЬЮ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА
ПРОДУКЦИИ.
Специальность 2.6.2. (05.16.02) - «Металлургия черных, цветных и редких металлов»
Диссертация на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Научный руководитель: Академик РАН, Доктор технических наук, Григорович Константин Всеволодович
Москва - 2021
Оглавление
Общая характеристика работы 6
Глава 1 11
1. Аналитический обзор литературы 11
1.1. Обзор сталей применяемых при производстве автомобилей. Стали
класса IF и IF-BF. Пути достижения упрочнения стали при сушке 11
1.1.1. Определение эффекта упрочнения при сушке 12
1.1.2. Методы определения и факторы наличия BH эффекта 14
1.1.3. Факторы, влияющие на величину упрочнения при сушке 15
1.1.3.1. Влияние содержания углерода эффективного 15
1.1.3.2. Влияние легирующих элементов 16
1.1.3.2.1. Легированные титаном IF-BH стали 16
1.1.3.2.2. Легированные ниобием IF-BH стали 17
1.1.3.2.3. Совместное легирование титаном и ниобием IF-BH стали .... 18
1.1.3.3. Влияние размера зерна 18
1.1.4. Требования предъявляемые к IF-BH сталям 20
1.1.5. Мировой опыт производства IF и IF-BH сталей 20
1.2. Неметаллические включения в IF и IF-BH сталях 23
1.2.1. Влияние неметаллических включений на качество IF сталей и
технологичность производства 24
1.2.1.1. Дефекты холоднокатаного листа сталей класса IF 24
1.2.1.2. Технологичность производства - «зарастание»
сталеразливочных стаканов 25
1.2.1.2.1. Морфология включений оксида алюминия 27
1.2.1.2.2. Сверхнизкоуглеродистые стали микролегированные титанам 28
1.2.2. Модификация неметаллических включений кальцием 31
1.3 Различные методы анализа неметаллических включений 35
1.3.1. Экспрессные методы для анализа неметаллических включений в
стали 36
1.3.1.1. Металлография и микро рентгеноспектральный анализ 36
1.3.1.2. Методы мокрой химии при анализе НВ
1.3.1.3. Методы газового анализа
1.3.1.4. Метод оптической эмиссионной спектрометрии с
дискриминационным анализом (PDA) для определения неметаллических включений 38
1.3.4. Предельные концентрации вредных элементов в сталях и
сравнительный анализ различных методов определения неметаллических включений 39
1.4. Комбинация методов фракционного газового анализа и
электролитического растворения для всесторонней оценки неметаллических включений 42
1.5 Постановка цели и задач работы 43
Глава 2 46
2. Определение состава и морфологии неметаллических включений комбинацией методов фракционного газового анализа и электролитического
растворения 46
2.1. Материалы для исследования 47
2.2. Электролитическое растворение образцов с последующим анализом
НВ на сканирующем электронном микроскопе 48
2.3. Исследование образцов методом фракционного газового анализа 54
2.4. Анализ результатов определения НВ в экспериментальных образцах
методами ЭР и ФГ А 60
2.5. Выводы по главе 2 65
Глава 3 67
3. Изменение содержания различных типов неметаллических включений
в процессе внепечной обработки низкоуглеродистой стали класса IF 67
3.1. Описание методов и методик исследований 67
3.2 Анализ образования и модификации неметаллических включений на предприятии 1 (без модификации кальцием) 69
3.2.1. Отбор проб для исследований по технологической цепочке
предприятие 1 69
3.2.2. Анализ проб 69
3.2.2.1. Металлографический анализ шлифов 70
3.2.2.2. Оже-электронная спектроскопия 71
3
3.2.2.3. Метод электролитического растворения и анализ включений на
растровом электронном микроскопе 75
3.2.2.4. Исследование образцов по методике ФГА 83
3.2.2.5. Результаты анализа НВ в пробах методами электролитического
растворения и фракционного газового анализа 84
3.2.3. Выводы по результатам анализа НВ в пробах металла отобранных
по ходу внепечной обработки для предприятия 1 87
3.3. Анализ образования и модификации неметаллических включений на
предприятии 2 (с модификацией кальцием) 88
3.3.1. Отбор проб для исследований по технологической цепочки
предприятие 2 88
3.3.2. Анализ проб 89
3.3.2.1. Анализ образцов на сканирующем электронном микроскопе .. 89
3.3.2.2. Результаты исследования образцов методом фракционного
газового анализа 94
3.3.3. Выводы по результатам анализа НВ в пробах металла отобранных
по ходу внепечной обработки для предприятия 2 96
3.4. Выводы по главе 3 97
Глава 4 99
4. Исследование ключевых параметров достижения BH эффекта в сверхнизкоуглеродистых сталях для глубокой вытяжки 99
4.1. Результаты экспериментов и обсуждение 99
4.1.1. Влияние содержания углерода эффективного и общего
содержания углерода и азота на наличие и величину BH-эффекта в IF-BH сталях 99
4.1.2. Влияние легирующих элементов 102
4.1.2.1. Расчет системы легирования IF-BH стали для получения
заданного содержания растворенного углерода 102
4.1.2.2. Предлагаемая система легирования 105
4.2. Анализ влияния размера зерна на наличие площадки текучести . 106
4.3 Предложения по оптимизации технологии выплавки, внепечной
обработки и легирования при производстве сталей класса IF и IF-BH 109
4.3.1 Действующая технология выплавки стали класса IF на предприятии 1 109
4.3.2. Обезуглероживание стали на циркуляционном вакууматоре.... 113
4.3.3. Расчет комплексного раскисления стали класса IF 115
4.3.4. Предлагаемая схема корректировки технологии выплавки и
внепечной обработки стали класса IF 122
4.4 Выводы по главе 4 129
Выводы по работе 131
Список литературы: 135

bibliography

Выводы по работе
Разработана методика комплексного анализа неметаллических включений в стали с применением методов фракционного газового анализа и электролитического растворения неметаллических включений с последующим анализом на сканирующем электронном микроскопе (ЭР ЭЗМА). Методика опробована на образцах системы Fe-10% Ni. По итогам проведенных исследований образцов данного сплава были выделены три основные группы неметаллических включений по морфологии и составу, которым хорошо соответствовали типы включений определенные методом ФГ А. Показано, что комбинация методов ФГ А и ЭР ЭЗМА хорошо дополняют друг друга при изучении неметаллических включений в сталях, позволяя получать объективные данные.
Представлены результаты исследования методами количественного металлографического анализ шлифов, электролитического растворения образцов металла (ЭР ЭЗМА) с последующим рентгеновским микроанализом выделенных включений, Оже-электронной спектрометрии, фракционного газового анализа (ФГА) содержания, состава, размеров и морфологии неметаллических включений в пробах металла отобранных на всех этапах технологического процесса производства стали класса IF и IF-BH. По морфологическим признакам выделены характерные типы неметаллических включений, которые влияют на ухудшение технологичности процесса разливки, снижение эксплуатационных свойств и прочностных характеристик изделий, произведенных из сталей. Показано, что результаты анализа неметаллических включений в пробах металла, полученных методом ЭР ЭЗМА находятся в хорошем соответствии с результатами определения оксидных неметаллических включением методом ФГА.
Изучена динамика изменения содержания различных типов оксидных неметаллических включений по ходу внепечной обработки стали IF и IF-BH
для различных вариантов технологий: при раскислении алюминием на
131
предприятии 1 и при комплексном раскислении алюминием с добавлением кальция, как модификатора на предприятии 2. Показано, что применение метода ФГА, как экспрессного метода, возможно для определения корректирующих операций по ходу технологического процесса во избежание затягивания разливочных стаканов.
Были определены наиболее опасные типы неметаллических включений при производстве IF и IF-BH сталей, которыми являются крупные кластеры неметаллических включений, а также регулярные и иррегулярные неметаллические включения на основе Al2O3, которые, при разливке стали являются причиной зарастания сталеразливочных стаканов. Установлена роль оксидов титана, как связующего включений Al2O3 в конгламераты, снижающие технологичность непрерывной разливки. Для сталей класса IF было выделено 3 группы оксидов, на основе Al2O3 и Al2O3 с добавлением оксидов Mg и Ca, а также группа комплексных оксидов алюминатов кальция и магния.
По результатам проведенных исследований образцов металла на предприятии 1 и 2 сделан вывод о том, что кальций положительно влияет на морфологию включений, модифицируя их в глобулярные/сферические включения которые хорошо удаляются, являются менее вредными для технологичности процесса (затягивание сталеразливочных стаканов) и не влияют на качество конечного продукта.
Было показано, что промковш является рафинировочным агрегатом
этапа внепечной обработки. Экспериментально, с применением метода ФГА
установлено, что модифицирование и удаление включений из жидкой стали в
процессе разливки приводило к снижению содержания кислорода в наиболее
вредных неметаллических включениях и кластерах групп 2 и 3 с ~ 38 ppm до
6 ppm в пробах металла отобранных из сляба. При этом, общее содержание
кислорода во всех оксидных включениях в пробе металла перед разливкой
составляло более 40 ppm, а в пробе, отобранной от сляба оно снижалось до 18
ppm. Снижение содержания кислорода, находящегося в неметаллических