68 / 2 (70), 2013 УДК 621.311.16 Поступила 04.04.2013 е. А. ПеРеТЯГиНА, оАо «Бмз – управляющая компания холдинга «БмК», В. А. лУцеНКо, ичм НАН Украины, А. В. ВеНГУРА, П. А. БоБКоВ, В. В. САВиНКоВ, оАо «Бмз – управляющая компания холдинга «БмК» энергосберегающаЯ технологиЯ сорбитизации высоКоУглеродистой КатанКи в потоКе стана 150 оао «бмз – УправлЯющаЯ КомпаниЯ холдинга «бмК» изучены особенности структурообразования стали 80К после аустенитизации с последующим охлаждением со скоростью ~15 °С/с в течение 1−20 с и окончательным охлаждением в воде. Разработаны и внедрены на стане 150 оАо «Бмз – УКХ «БмК» научно обоснованные энергосберегающие режимы стабилизации высокоуглеродистой катанки, которые позволя- ют снизить энергозатраты при сохранении темпа производства и обеспечении необходимых качественных и технологических показателей. Peculiarities of structure formation of steel 80K after austenization with the subsequent cooling with speed ~15 °С/sec within 1−20 seconds and with final cooling in water are studied. The scientifically reasonable energy saving models of a sorbitizing of high-carbon wire rood, which allow to lower energy consumption while maintaining the pace of productions and provision o of the necessary quality and process performance are developed and implemented on the mill 150 OJSC «BSW – MHC «BMC». В современных экономических условиях актуаль- ным является повышение конкурентоспособности про- изводимой продукции. Учитывая высокие цены на энергоносители, для современного металлургического производства, в том числе и на ОАО «БМЗ – управляю- щая компания холдинга «БМК» («БМЗ – УКХ «БМК»), первоочередной задачей является разработка энерго- сберегающих процессов, которые обеспечат необходи- мые качественные показатели изготавливаемой метал- лопродукции при снижении затрат. На стане 150 «БМЗ – УКХ «БМК» производит- ся катанка широкого марочного и размерного со- ртамента. В процессе производства в технологиче- ской линии стана 150 металл подвергается термо- механической обработке (ТМО), при которой фор- мируется структура с повышенной плотностью кристаллических несовершенств, определяющих комплекс свойств готовой катанки [1,2]. Поэтому при производстве катанки необходимо учитывать специфику термомеханической обработки и при изготовлении высокоуглеродистых марок сталей использовать режимы, при которых формируются структура и свойства, близкие к характеристикам патентированного металла [3,4]. С целью создания энергосберегающих режи- мов сорбитизации, которые обеспечат необходимые качественные показатели изготавливаемой катан- ки при сохранении темпа производства и сниже- нии затрат, были проведены исследования влияния температурно-временных условий охлаждения на распад аустенита высокоуглеродистой стали 80К. Образцы катанки стали 80К подвергали аусте- нитизации с последующим охлаждением со сред- ней скоростью ~15оС/с в течение 1−20 с. Для уста- новления влияния продолжительности охлаждения на степень распада аустенита по диффузионной кинетике окончательное охлаждение производили в воде. При охлаждении после выдержки в течение 1−5 с распад аустенита происходит по сдвиговому механизму с образованием игольчатого мартенси- та. Так как конец мартенситного превращения на- ходится в области отрицательных температур, то после охлаждения в воде (при температуре 20 оС) сохраняется 5−8% остаточного аустенита в виде прослоек между мартенситными иглами (рис. 1, а). При охлаждении после выдержки в течение 10−18 с распад аустенита протекает по смешанной кинетике. Микроструктура состоит из мартенсита и перлита. С увеличением продолжительности вы- держки доля распада аустенита по диффузионной кинетике с образованием перлита увеличивается / 69 2 (70), 2013 от 5 до 99%, а доля мартенсита уменьшается. Так, при охлаждении в воде после выдержки в течение 15 с микроструктура состоит из сорбитообразного перлита (40−50%), троостита и мартенсита (рис. 1, б). Охлаждение в воде после выдержки 20 с фик- сирует распад аустенита только по диффузионному механизму с образованием 100%-ного сорбито- образного перлита (рис. 1, в). На основании проведенных исследований были разработаны научно обоснованные режимы сорби- тизации высокоуглеродистой катанки применимо к технологическим особенностям стана 150 «БМЗ – УКХ «БМК». Режимы сорбитизации (двухстадийного охлаж- дения) для высокоуглеродистой катанки диаметром 5,5 мм производили при скорости прокатки (Vпр.) более 100 м/с. Температуру раската катанки кон- тролировали перед чистовым и редукционно- калибрующим блоками, на виткообразователе она была выше Ас3, обеспечивая наиболее полное про- текание рекристаллизационных процессов [4]. Скорость транспортирования (Vтр, м/с) составляла Vтр = 1,05·10–2Vпр. Температурно-скоростные усло- вия охлаждения высокоуглеродистой катанки на транспортере Стелмор стана 150 ОАО «БМЗ-УКХ «БМК» обеспечивали подавление выделения струк- турно свободного цементита. Основная отличительная особенность новых режимов от штатных – перераспределение работы вентиляторов в зоне воздушного охлаждения на транспортере Стелмор при неизменных начальных температурно-скоростных условиях охлаждения. На стане 150 «БМЗ-УКХ «БМК» был проведен активный эксперимент по определению критерия и возможностей перераспределения работы венти- ляторов на линии Стелмор. Для этого при охлаж- дении на транспортере катанки 80К от заднего охлажденного конца после прохождения опреде- ленных зон охлаждения отбирали сегмент витка с последующей закалкой его в воде. На основании анализа микроструктуры охлажденных в воде об- разцов выявляли режимы, при которых отсутство- вали мартенситные участки, что определяло отсут- ствие остаточного аустенита, т. е. распад при этих режимах прошел полностью по диффузионному механизму. На основании таких производственных экспериментов было произведено перераспределе- ние активной работы вентиляторов в зоне воздуш- ного охлаждения на транспортере Стелмор. По новым режимам сорбитизации были выпуще- ны опытно-промышленные партии1. Следует отме- тить, что в микроструктуре всех штатных и исследу- емых опытных кордовых, бортовых и пружинных сталей отсутствовали сорбит отпуска в поверхност- ном слое, мартенситные и троостомартенситные участки (рис. 2, а, б). Наличие пластинчатого перли- та не превышало 25% общей площади поперечного сечения образца (рис. 2, в, г), а разнозернистость не превышала двух номеров (номер 7−8). Среднее зна- чение межпластиночного расстояния в перлите со- ставляло для стали 80К штатных режимов 0,132 мкм (рис. 2, д), а для опытных – 0,139 мкм (рис. 2, е). 1 При участии В. В. Гордиенко. Рис. 1. Микроструктура стали 80 К, охлажденной в воде после аустенитизации и охлаждения со скоростью 15 оС/с в течение 5 с (а), 15 с (б), 20 с (в). ×800 70 / 2 (70), 2013 Сравнительный анализ механических свойств показал, что в металле, обработанном по опытным энергосберегающим режимам, имеется тенденция к незначительному повышению пластических свойств (рис.3), что оказывает положительное влияние на технологичность переработки на грубосреднем проволочном переделе. При производстве катанки для металлокорда, бортовой и пружинной проволоки был определен унифицированный температурный режим сорби- Рис. 2. Характерная микроструктура катанки 80К поверхности (а, б) и центра (в−е) после сорбитизации по штатному (а, в, д) и опытному энергосберегающему режимам (б, г, е). ×500 Рис. 3. Распределение прочностных и пластических свойств по длине витка катанки 5,5 мм марки 80 К, подвергнутой раз- личным режимам сорбитизации / 71 2 (70), 2013 тизации. Это позволяет сократить время техноло- гических пауз на перестройку режимов охлажде- ния, т. е. увеличить темп производства. Технологичность (обрывность) опытно-про- мыш ленных плавок, подвергнутых энергосберега- ющим режимам сорбитизации (по 10 плавок каж- дой марки), переработанных на кордовую, бортовую и пружинную проволоку, не превышала средней технологичности серийных плавок, переработан- ных на аналогичный тип продукции (проволоки, корда) за последние два месяца. Рациональное использование особенностей влияния температурно-скоростных условий охлаж- дения на структурообразование высокоуглероди- стой стали позволяет сэкономить при производстве катанки кордовых сталей 1,8 кВт⋅ч/т, пружинных – 1,6 кВт⋅ч/т (ожидаемая экономия до 280 МВт в год) с обеспечением при этом необходимых качествен- ных показателей [5], технологичности (при пере- работке на проволоку и корд) и сохранением темпа производства. Выводы На основании проведенных исследований уста- новлено, что катанка стали 80К после аустенитиза- ции с последующим охлаждением со скоростью ~15оС/с в течение 1−20 с и окончательным охлаж- дением в воде имеет различное структурное состо- яние. При охлаждении после выдержки в течение 1−5 с распад аустенита происходит по сдвиговому механизму с образованием игольчатого мартенси- та. При охлаждении после выдержки в течение 10−18 с распад аустенита протекает по смешанной кинетике. Микроструктура состоит из мартенсита и перлита. С увеличением продолжительности вы- держки доля распада аустенита по диффузионной кинетике с образованием перлита увеличивается от 5 до 99%, а доля мартенсита уменьшается. Охлаждение после выдержки 20 с фиксирует рас- пад аустенита только по диффузионному механиз- му с образованием сорбитообразного перлита. Применимо к технологическим особенностям стана 150 «БМЗ – УКХ «БМК» разработаны и вне- дрены научно обоснованные энергосберегающие режимы сорбитизации высокоуглеродистой катан- ки, которые позволяют при сохранении темпа про- изводства и обеспечении необходимых качествен- ных и технологических показателей снизить энер- гозатраты при производстве катанки из сталей кор- довых на 1,8 кВт⋅ч/т и пружинных на 1,6 кВт⋅ч/т. Литература 1. Б е р н ш т е й н М. Л., З а й м о в с к и й В. А., К а п у т к и н а Л. М. Термомеханическая обработка стали. М.: Метал- лургия, 1983. 2. С т а р о д у б о в К. Ф., У з л о в И. Г., С а в е н к о в В. Я. и др. Термическое упрочнение проката. М.: Металлургия, 1970. 3. П о т е м к и н К. Д. Термическая обработка и волочение высокопрочной проволоки. М.: Металлургиздат, 1963. 4. Л у ц е н к о В. А., Б о б к о в П. А., Р а д ь к о в а И. Н. и др. Термомеханически обработанная высокоуглеродистая катанка для высокопрочной бортовой проволоки // Сталь. 2012. № 11. С. 75–77. 5. ЗТУ 840-03-2006. Катанка стальная сорбитизированная для металлокорда, бортовой проволоки и проволоки для рукавов высокого давления. РУП «БМЗ». Изменение 11. 2010.