Снижение отсортировки проката холоднокатаной стали типа IF, IF-HS, в том числе с покрытием, по сталеплавильным дефектам за счет исследования закономерностей образования и эволюции неметаллических включений при производстве слябов.НИР

Reduction of sorting of rolled cold-rolled steel of the IF, IF-HS type, including coated, by steelmaking defects due to the study of the patterns of formation and evolution of non-metallic inclusions in the production of slabs.

Источник финансирования НИР

Хоздоговор, хоздоговор

Этапы НИР

# Сроки Название
1 22 ноября 2021 г.-30 апреля 2022 г. Изучение и анализ состояния производства НЛЗ из сталей типа IF, IF-HS и определение направлений его совершенствования.
Результаты этапа: Полученные в ходе реализации первого этапа результаты свидетельствуют о том, что в условиях ПАО «НЛМК» эффективные приемы снижения отсортировки холоднокатаного проката из IF, IF-HS сталей по дефекту «плена» состоят в следующем: - снижение средней температуры нагрева металла на УПК и обработки на АЦВ на 10-15оС, что сопряжено со снижением затрат на производство; - уменьшение продолжительности обработки стали в сталеразливочном ковше, что повышает производительность, снижает затраты; - обеспечение интервала времени между присадками алюминия и ферротитана не менее 6 минут; - исключение операций корректировки температуры металла после вакуумной обработки, возможно, с помощью построения тепловой модели состояния сталеразливочного ковша; - раскисление покровного шлака в сталеразливочном ковше до 1,5 - 3 % (FeO); - обработка металлического расплава кальцийсодержащими материалами с расходом порядка 0,2 - 0,25 кг Са на тонну стали. Реализацию указанных приемов можно проводить последовательно с параллельной оценкой степени эффективности по снижению отсортировки проката по дефекту «плена». В частности, реализация только первых трех - четырех приемов, по всей видимости, позволит достичь поставленной цели работы по снижению отсортировки на 20%. Использование приемов по раскислению шлака и обработке жидкой стали кальцийсодержащими материалами может привести практически к полному предупреждению возможности возникновения дефекта «плена» холоднокатаного проката из IF, IF-HS сталей.
2 1 мая 2022 г.-30 сентября 2022 г. Изготовление экспериментальной партии НЛЗ из IF, IF-HS сталей по разработанному рабочего плану (технологической инструкции) с отбором и исследованием проб металла, анализом полученных результатов.
Результаты этапа: Исследованы пробы стали 01ЮТ четырех плавок с условными номерами 2207969 (7969), 2207971 (7971), 2207974 (7974), 2204976 (7976) на содержание НВ по ГОСТ 1778. Установлено, что минимальную загрязненность по НВ перед вакуумной обработкой имеет сталь первой и последней в серии плавок. По завершению обезуглероживания прирост содержания НВ имеет место только в случае первой в серии плавок, что может быть обусловлено наиболее высокой температурой стали - 1630оС по сравнению с 1602 -1605 оС для стали остальных плавок. Несмотря на это по завершению вакуумной обработки стали наиболее высокое содержание НВ в стали плавки 7971 из-за самого высокого содержания Feобщ в шлаке. По указанной причине наиболее высокое содержание НВ сохраняется в стали плавки 7971 после раскисления, доведения химического состава металла. Тем не менее, в пробах металла из промежуточного ковша наблюдается наибольшее содержание НВ в стали первой в серии плавки, несмотря на то, что температура стали на данном этапе обработки для всех плавок находится на примерно эквивалентном уровне 1569-1578 оС, а содержание НВ является, в общем, не высоким – не превышает балла 1,0 по ГОСТ 1778. Самое важное отличие, от ранее установленных закономерностей, состоит в снижении содержания НВ при переходе от пробы, взятой на стадии после раскисления, доведения химического состава стали к пробе из промежуточного ковша. Это, по всей видимости связано с улучшением показателей ассимилирующей способности покровного шлака сталеразливочного ковша из-за увеличения содержания Al2O3, напротив снижении содержания СаО. Так для первой в серии плавки содержание Al2O3 в шлаке достигает 25,9%, при концентрации СаО – 40,9%, что приближает состав к составу синтетического шлака и, относительно не высоком Feобщ – 11,9%. При переходе к пробам металла от НЛЗ, только для первой в серии плавки имеет место снижение содержания НВ, в то время как для остальных в серии плавок наблюдается некоторый прирост, причем наиболее значительный для плавок 7971 и 7976. Это может свидетельствовать об отсутствии или низкой интенсивности отложения корундовых включений на огнеупорных элементах стальной проводки, что как установлено являлось основной причиной возникновения дефекта поверхности холоднокатаного проката «плена». Показатели загрязненности НВ металла НЛЗ и горячекатаного проката практически совпадают. При этом наиболее чистой по НВ является сталь первой в серии плавок. Поскольку оценка содержания НВ по ГОСТ 1778, в значительной степени, устарела из-за развития металлургической технологии, выполнено детальное исследование их характеристик методами сканирующей электронной микроскопии, СЭМ и локального рентгеноспектрального анализа, ЛРСА, дающими адекватные представления о присутствующих НВ. Присутствие оксидов железа в составе шлаковых включений не зафиксировано, в отличии от результатов предыдущего этапа работы. В ряде случаев зафиксировано большое количество корундовых включений, образующихся в результате раскисления стали алюминием, а также комплексные включения с титаном из-за угара титана, а также присутствие ряда НВ содержащих оксид железа. проб от металла НЛЗ плавки 7969 показало присутствие примерно эквивалентного количества оксидных (корундовых) включений, которые, как правило входят в состав комплексных оксидно-нитридных иногда сульфидных включений, что свидетельствует о низкой степени ассимиляции корундовых включений шлаками промежуточного ковша и кристаллизатора УНРС, а также формирования отложений на огнеупорной поверхности стальной проводки. В металле НЛЗ, кроме комплексных оксидно-нитридных иногда сульфидных включений, зафиксировано присутствие чисто нитридно-сульфидных включений (выделений) довольно больших до 10 мкм размеров, причем оксидные включения отсутствуют. Результаты исследования отобранных образцов горячекатаного проката из стали плавки 7969 свидетельствуют, что содержание в них неметаллических включений (выделений) находится на довольно низком уровне, соответствующем показателям характерным для металла НЛЗ. Результаты исследования отобранных проб по ходу стали плавок 7971, 7974, 7976, показали, что основные закономерности установленные и представленные выше для плавки 7969 сохраняются, кроме незначительных отличий. В пробе стали плавки 7974 отобранной до вакуумной обработки, кроме шлаковых включений зафиксировано присутствие корундовых включений большого размера. Таким образом, результаты исследования, как содержания НВ по ГОСТ 1778, так и их характеристик методами СЭМ, ЛРСА свидетельствуют, что сталь первой в серии плавок 7969 является одной из самых чистых по НВ, что, по всей видимости обусловлено более высокой ассимилирующей способностью и низкой окислительной способностью покровного шлака из-за более оптимального сочетания концентраций глинозема и СаО и низкой концентрации Feобщ. В пробах от стали этой и других плавок, практически отсутствуют НВ содержащие оксид железа, что снижает вероятность образования корундовых включений в результате вторичного окисления стали. При переходе от пробы после раскисления доведения химического состава стали к пробе из промежуточного ковша во всех случаях происходит снижение содержания НВ, а при дальнейшем переходе к пробе от НЛЗ содержание НВ возрастает, что говорит о малой интенсивности их отложения на огнеупорной футеровке. Последующий смыв таких отложений может приводить к возникновению дефекта «плена». Наибольшее количества корундовых включений в пробах из сталей плавок 7971 и 7974, что по всей видимости связано с более высоким содержанием Feобщ. Для получения полных сведений о изменении состоянии производства стали DC04ED произведено исследование проб металла, отобранных от НЛЗ, горячекатаного и холодного проката из стали трех плавок с условными номерами 2217282 (7282), 2217286 (7286), 2217290 (7290). Отличительной особенностью состава исследуемой стали DC04ED является высокое содержание серы – 0,0265 -0,0288% и титана 0,137 – 0,147%, что определяет специфику образующихся включений (выделений). При этом, относительно не высокое содержание азота 0,0030 – 0,0037%. Поскольку для исследуемой серии плавок стали DC04ED пробы от жидкой стали не отбирали было выполнено детальное исследование проб металла от НЛЗ. Методология исследования была построена на принципах аналогичных ГОСТ 1778. А именно на 6 образцах от НЛЗ одновременно оценивали содержание НВ в соответствии с бальной оценкой ГОСТ 1778 и производили определение характеристик НВ методами СЭМ и ЛРСА. По результатам исследования предельно большого объема проб металла от НЛЗ, горячекатаного и холоднокатаного проката из стали DC04ED трех плавок установлен эквивалентный уровень загрязненности НВ стали, как первой в серии, так и последующих плавок. Более значимое различие наблюдается между характеристиками НВ в стали первой в серии плавок, разлитой по разным ручьям, чем различие между металлом разных плавок. В связи с особенностями химического состава стали DC04ED, связанными с высоким содержанием титана и серы, даже при низком содержании 0,0030-0,0037% азота доминирующими типами являются нитридные и сульфидные включения. Содержание оксидных включений намного ниже. Однако, встречаются шлаковые и включения на основе оксида железа больших (до более 100 мкм) размеров, в том числе и в холоднокатаном прокате. Это свидетельствует о не оптимальности шлакового режима, что совпадает с выводами предыдущего этапа и захвате металлом именно высоко окисленного шлака сталеразливочного ковша. Поэтому, целесообразными являются меры то дальнейшему совершенствованию состава покровного шлака сталеразливочного ковша в направлении увеличения содержания глинозема, снижения содержания оксидов кальция и железа. Возможно использование для этих целей отходов производства алюминия, содержащих глинозем и алюминий, что дополнительно позволит снизить затраты на раскисление и производство стали. Присутствующие в НЛЗ сульфидные включения, в значительной степени растворяются при их нагреве под прокатку. В дальнейшем при прокатке происходит формирование намного более дисперсных сульфидных выделений. Поэтому определяемое их содержание в прокате ниже, чем в НЛЗ. В целом, содержание НВ в горячекатаном прокате (подкате) и холоднокатаном прокате эквивалентно, из-за отсутствия изменения их характеристик при рекристаллизационном отжиге проката из-за низких температур отжига. Химический состав, состав покровного шлака в сталеразливочном ковше, загрязненность неметаллическими включениями, а также температура стали в промежуточном ковше 1569-1578 оС для первых и последующих в серии плавок являются близкими, что может свидетельствовать о исключении имевшего место раннее фактора предпочтительного возникновения отсортировки холоднокатаного проката по дефекту «плена» на металле первой в серии плавок и, соответственно, о снижении общего уровня отсортировки проката.
3 1 октября 2022 г.-12 декабря 2022 г. Изготовление установочной партии НЛЗ из IF, IF-HS сталей по уточненному рабочего плану. Подтверждение достижения запланированных результатов.
Результаты этапа: Прокат всех исследованных партий имеют эквивалентную загрязненность нитридными включениями, не превышающую балла 1,0 по ГОСТ 1778, что обусловлено близким содержанием титана и азота в стали плавок 843, 851. Среднее содержание оксидных включений также является довольно близким, тем не менее, оно более высокое в прокате партий, произведенных последней в серии плавки 851 и ниже для партий из первой в серии плавки 843. Отмеченное обстоятельство противоречит результатам, полученным для холоднокатаного нагартованного и оцинкованного проката, где установлено более высокое содержание НВ в прокате, произведенном из стали первой в серии плавки. Поскольку на стадии перехода от горячекатаного к холоднокатаному прокату существенное изменение характеристик присутствующих НВ не должно происходить, то очевидно более достоверными являются более представительные данные для холоднокатаного проката. А отмеченное расхождение может быть связано с неравномерностью распределения НВ по объему металла и соответственно отбором образцов для исследования.

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".