SK14612001A3

SK14612001A3 - Spôsob kontinuálneho liatia pásikov medzi valcami z feritickej nehrdzavejúcej ocele bez mikrotrhlín

Info

Publication number: SK14612001A3
Application number: SK1461-2001A
Authority: SK
Inventors: Fr�D�Ric Mazurier
Original assignee: Usinor
Priority date: 1999-04-22
Filing date: 2000-03-29
Publication date: 2002-05-09
Also published as: CN1210121C; EP1187691A1; CZ20013777A3; DK1187691T3; KR20010113823A; KR100647147B1; FR2792561A1; SI1187691T1; SK285817B6; EP1187691B1; PT1187691E; AU757307B2; AU3661900A; DE60000938D1; TR200103013T2; FR2792561B1; ZA200108667B; US6622779B1; RU2242325C2; TW520306B

Description

” Ä'ý/7-í°°1

SPÔSOB KONTINUÁLNEHO LIATIA PÁSIKOV MEDZI VALCAMI Z FERITICKEJ NEHRDZAVEJÚCEJ OCELE BEZ MIKROTRHLÍN

Oblasť techniky

Vynález sa týka spôsobu kontinuálneho liatia kovov priamo z tekutého kovu na pásiky z feritickej nehrdzavejúcej ocele, ktorých hrúbka je rádovo niekoľko milimetrov, spôsobom nazývaným „liatie medzi valcami“.

Doterajší tav techniky

V posledných rokoch je možné pozorovať zreteľný pokrok vo vývoji odlievania pásikov z uhlíkových alebo z nehrdzavejúcich ocelí priamo z tekutého kovu. Spôsob, ktorý sa dnes používa, je liatie tekutého kovu medzi dva chladené valce otáčajúce sa okolo vodorovných osí vo vzájomne opačnom zmysle a orientovaných proti sebe, pričom minimálna vzdialenosť medzi ich povrchmi je rovná hrúbke, ktorú má mať odlievaný pásik (napríklad niekoľko mm). Priestor, vymedzený na liatie ocele, je definovaný protiľahlými povrchmi valcov, na ktorých začína tuhnutie pásika a je definovaný bočnými uzatváracími doskami zo žiaruvzdorného materiálu, zameranými proti povrchu valcov. Tekutý kov začína tuhnúť v styku s vonkajšími povrchmi valcov, na ktorých sa tvoria stuhnuté „kôry“, ktoré sa spojujú v úrovni „hrdla“, teda zóny, v ktorej je vzdialenosť valcov minimálna.

Jedným z hlavných problémov pri výrobe tenkých pásikov z feritickej nehrdzavejúcej ocele liatím medzi valce je významné nebezpečie výskytu chýb na pásiku, ktoré sa nazývajú mikrotrhliny. Ide o povrchové nesúdržnosti malých rozmerov, ktoré sú predsa len postačujúce k tomu, že sa spôsob nehodí na použitie pri výrobe produktov tvarovaných za studená, ktoré sa z nich zhotovujú. Mikrotrhliny sa tvoria v priebehu tuhnutia ocele a majú hĺbku rádovo 40 pm a šírku na povrchu približne 20 pm. Ich výskyt pochádza zo zmršťovania ocele pri tuhnutí kôry po liatí v styku s valcami po celej dĺžke styku. Tieto podmienky je možné opísať ako prechádzajúce dvomi po sebe nasledujúcimi etapami. Prvá etapa vzniká pri počiatočnom styku medzi tekutým kovom a povrchom valca, pričom vzniká na povrchu valca kôra tuhej ocele. Druhou etapou je rast hrúbky tejto lejacej kôry až v hrdle, kedy sa spojí s kôrou vytváranou na druhom valci na vytvorenie pásika úplne stuhnutého. Styk medzi oceľou a povrchom valca je určovaný topografiou povrchu lejacích valcov spolu s povahou inertného plynu ochrannej atmosféry v lejacom priestore a chemickým zložením ocele. Všetky tieto parametre pôsobia na ustavenie prestupu tepla medzi oceľou a valcom a riadia podmienky tuhnutia kôry.

Boli podniknuté rôzne pokusy na vývoj spôsobu liatia medzi valce umožňujúceho získať schodným spôsobom pásiky bez neprípustných povrchových chýb ako sú mikrotrhliny.

Riešenie v prípade uhlíkových ocelí sa zameriava na nutnosť dobrej matrice so zreteľom na výmenu tepla medzi oceľou a povrchom valcov. Snahou je najmä zväčšiť tepelný tok, vychádzajúci z ocele pri nástupe tuhnutia, lejacími valcami. Na to sa navrhuje v patentovom spise číslo EP-A-0 732 163 použiť valce s veľmi malou drsnosťou (Ra až 5pm) y spojení so zložením ocele a s podmienkami spracovania, ktoré podporujú tvorenie zo strany kovu, tekutých oxidov, ktoré zmáčajú medziľahlý povrch oceľ/valec. Pokiaľ ide o nehrdzavejúce austenitické ocele, odporúča sa v patentovom spise číslo EP-A-0 796 685 liať oceľ, ktorej pomer Cr_eq/Ni_eq je vyšší ako 1,55 spôsobom k minimalizácii fázových zmien pri vysokej teplote a uskutočňovať také liatie s použitím valcov majúcich na povrchu spojité fazetky s priemerom 100 až 1500 pm a s hĺbkou 20 až 150 pm a uchovávať v lejacom priestore plyn rozpustný v oceli alebo zmes plynov zloženú prevažne z takých rozpustných plynov.

Pri nehrdzavejúcich feritických oceliach sa navrhuje v patentovom spise číslo JP-A-5537612 liať oceľ s nízkym obsahom uhlíka (menším ako 0,05 %) a dusíka (menším ako 0,05 %) a obsahujúcu niób (0,1 až 4 %) a titán. Pásik je taktiež potrebné chladiť pri výstupe z valcov zvýšenou rýchlosťou a riadiť potom teplotu navíjania pásika. Tieto podmienky spracovania a liatia sú nákladné a namáhavé a náročné nuansy (jemné rozdiely) obmedzujú oblasti použitia takto získaných výrobkov.

Úlohou vynálezu je navrhnúť spôsob liatia tenkých pásikov z nehrdzavejúcej feritickej ocele, ktorých povrch je bez mikrotrhlín. Tento spôsob nemá vyžadovať podmienky liatia predovšetkým ťažké na uskutočnenie a mal by sa dať aplikovať pri veľkej množine druhov takých ocelí.

Podstata vynálezu

Spôsob kontinuálneho liatia pásikov z feritickej nehrdzavejúcej ocele s hrúbkou 10 mm alebo menšou, priamo z tekutého kovu medzi dvomi vodorovnými chladenými otáčajúcimi sa valcami, spočíva podľa vynálezu v tom, že

- oceľ obsahuje hmotnostné C% + N% < 0,12, Mn% < 1, P% < 0,04, Si% < 1, Mo% < 2,5, Cr% 11 až 19, Al% < 1, Ti% + Nb% + Zr% < 1 a ako zvyšok železo a nečistoty pochádzajúce z výrobného procesu;

- ukazovateľ gamap tekutého kovu je 35 % až 60 %, pričom ukazovateľ gamap je definovaný vzťahom:

gamap = 420 C% + 470 N% + 23 Ni% + 9 Cu% + 7 Mn% - 11,5 Cr% - 11,5 Si% -12 Mo% - 23 V% - 47 Nb% - 49 Ti% - 52 Al% + 189;

- drsnosť Ra povrchu povrchu valcov je väčší ako 5 pm:

- v okolí menisku tekutého kovu medzi valcami sa použije inertný plyn tvorený objemovo aspoň zo 60 % plynom rozpustným v oceli.

Ako je zrejmé, spočíva vynález v kombinácii podmienok týkajúcich sa zloženia kovu a v sledovaní možnosti tvorenia austenitu pri vysokých teplotách po stuhnutí kovu. Ďalej sa týka minimálnej drsnosti lejacích povrchov a určenia podmienok zloženia inertného plynu. Pri dodržaní týchto podmienok sa dosiahne eliminácia tvorenia mikrotrhlín na povrchu pásika, bez toho aby sa predpisovali veľmi obmedzujúce podmienky na spôsob liatia a bez toho aby sa obmedzovali príliš široké oblasti použitia produktov, ktoré sa vyrobia z liatych pásikov.

Vynález bližšie objasňuje nasledujúci podrobný opis.

Nutnou podmienkou k úspešnému odlievaniu tenkých pásikov medzi valcami je matrica výmeny tepla medzi pásikom v priebehu tuhnutia a valcami. Dobrá matrica tohto prestupu vyžaduje, aby boli známe a boli reprodukovateľné podmienky priľnutia stuhnutej lejacej kôry na stenách valca. Lebo pri liati pásikov z nehrdzavejúcej feritickej ocele obsahujúcej 11 až 19 % chrómu, dochádza po úplnom stuhnutí kôry proti valcu k nasledujúcemu javu. Stuhnutá kôra predstavuje predovšetkým štruktúru úplne feritickú (fáza delta), potom v priebehu chladnutia, teda keď ešte spočíva stále na povrchu valca, podlieha premene feritu delta na austenit gama v rozmedzí teplôt 1300 až 1400 °C. Táto fázová premena vyvoláva lokálne zmrštenie kovu, ktorého výsledkom sú rozdiely v hustote medzi obidvoma fázami, ktoré sú citlivé v mikroskopickom merítku. Tieto zmrštenia môžu byť dostatočne významné na lokálny výskyt straty styku medzi stuhnutou kôrou a povrchom valca. Ako vyplýva, menia tieto straty styku radikálne lokálne podmienky prestupu tepla. Spoločne so stavom povrchu valcov a s povahou inertného plynu v piehlbinách uvedeného povrchu, zosilňovača tejto fázovej premeny súvisiacej zo zložením kovu, ovplyvňuje teda intenzitu výmeny tepla.

Zosilňovač premeny delta —> gama v nehrdzavejúcich feritických oceliach môže byť opísaný ako ukazovateľ gamap. Ten predstavuje maximálne množstvá austenitu prítomného v kove pri vysokej teplote. Tento ukazovateľ gamap sa vypočíta známym spôsobom zo zloženia kovu podľa vzorca nazývaného „Tricot et Castro“ (pričom percentá sú mienené hmotnostné);

gamap = 420 C% + 470 N% + 23 Ni% + 9 Cu% + 7 Mn% - 11,5 Cr% - 11,5 Si% - 12 Mo% - 23 V% - 47 Nb% - 49 Ti% - 52 Al% + 189.

Pri štúdiu, ktoré viedlo k vynálezu sa zistilo, že hodnota ukazovateľa gamap je dobrým indikátorom na mieru tepelného toku odvádzaného lejacími valcami v priebehu tuhnutia, pri zachovaní všetkých ostatných skutočností. Tepelný tok odvádzaný z kovu valca môže byť experimentálne kvantifikovaný strednou hodnotou vypočítanou z miery zahriatia chladiacej kvapaliny valcov. Skúsenosť ukázala, že stredný tepelný tok, odvádzaný z kovu valca, je tým menší, čím väčšia je hodnota ukazovateľa gamap.

Nutnou podmienkou na zabránenie výskytu trhlín na tenkých pásikoch z nehrdzavejúcej feritickej ocele liatych medzi valcami je, aby v priebehu počiatočného styku medzi tekutým kovom a valcami bol odvádzaný tepelný tok vysoký. Na to je výhodné, aby inertný plyn obklopujúci povrch tekutého kovu v susedstve menisku (čo je pomenovanie prieniku medzi povrchom tekutého kovu a valcom) obsahoval plyn rozpustný v oceli alebo tvorený úplne takým plynom. Klasicky sa na to používa dusík, avšak použitie vodíka, amoniaku alebo oxidu uhličitého je tiež mysliteľné. Ako plyn nerozpustný v oceli doplňujúceho prípadne do 100 % inertnú atmosféru sa používa klasicky argón, je však tiež mysliteľné použitie iného v oceli nerozpustného plynu, ako je hélium. Pomocou plynu, prevažne rozpustného v oceli, sa realizuje lepší styk medzi oceľou a valcami pretože nerozpustný plyn mení výhodu rozpustného plynu v prenikaní kovu do priehlbín na povrchu valca. Rovnako slabá drsnosť povrchu valcov podporuje zvýšený tepelný tok, pretože vyplýva z rozšíreného styku medzi valcom a kovom.

Predsa len po začiatku tuhnutia zvyšuje veľmi vysoký stredný tepelný tok nebezpečie heterogenity medzi lokálnymi hodnotami toku. Tieto heterogenity môžu byť počiatkom povrchových trhlín na pásiku pretože vyvolávajú napätie medzi rôznymi zónami povrchu, ktorý je ešte krehký. Bolo by teda možné nájsť kompromis medzi imperatívnymi rôznosťami, ktorých je nutné dbať pri podmienkach liatia, či by sa dalo zabrániť tvoreniu mikrotrhlín v priebehu všetkých etáp tuhnutia a chladnutia kôr proti valcom.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Robia sa pokusy s rôznymi podmienkami liatia pásikov z nehrdzavejúcej feritickej ocele a vychádza sa od tekutého kovu. Skúša sa liatie pásikov s hrúbkou 2,9 až 3,4 mm medzi valcami, ktorých vonkajšie povrchy ochladzované vnútorným obehom vody sú z poniklovanej medi. V tabuľke I je uvedené zloženie liatych .· Γ kovov pri rôznych skúškach (označených A až F) a zodpovedajúce hodnoty ukazovateľa gamap a v tabuľke II sú dosiahnuté výsledky rôznych skúšok vyjadrené kvalitou získaného povrchu v závislosti od zloženia ocele, zloženie inertného plynu a drsnosť valcov. Drsnosť valcov je vyjadrená strednou drsnosťou Ra, definované normou ISO 4287-1997 pre aritmetický priemer odchýlok profilu drsnosti pozdĺž strednej priamky v zmysle miery l_m. Stredná čiara je definovaná ako línia produkovaná filtrovaním, ktorá pretína snímaný povrch tak, že povrchy ktoré sú od nej vrchné sú rovnaké ako povrchy od nej spodné. Podľa tejto definície je x· bn

Ra = i J|yjdx

K»0

Tabuľka 1

Zloženie oceli liatych pri skúškach

	c%	Mn'/.		S%	Si%	Ni%	Cr%	Cu%	Mo%	Nb%	V%	Γι’/.	N%	AJ%	γ_ρ%
A	0,046	0,415	0.028	043012	0,191	0219	16,08	04)83	0,119	0,006	0,062	0,005	0,050	0,005	52,1
B	0,043	0,420	0,027	0^3023	0214	/ 0335	16,30	0,091	-j- —¹ 0,023	—ŕ· - 0,002	0,076	04X12	-ŕ--— 04)41	—r — 0/)03	45.7
c	0,038	0,320	0,023	0,008	0,448	—r- 0,142	—t·— 16,67	0,059	-ŕ-- 0352	—ť' — 0,003	— f — 0,074	^u-r-— 0,007	—P-- 0,042	- f — 0/)08	29.5
D	0,051	0,392	0_f029	04»12	— r 0,210	0350	- -j ¹ 16,02	-- 0,090	—r^·— 0,150	f 0,007	0,053	r 0,005	-F-— 0.055	Γ· 0,004	—J— 62.0
E	0,041	0,404	0,024	0,004	0247	1 0^40	¹ 1 1634	0.037	—r-— 0,052	1 ¹ 0,005	0/)63	0,006	—1- 0,030	—F-— 0,004	42J
f'	0,012	0,290	0_f015	0,.0013	0,560	~T- 0.090 —i-	lýío	- 04122	—f——— 0,001	0^302	04)79	— 0,178	0,010	- 0,005	—1—

Tabuľka II

Vplyv lejacích parametrov na výskyt mikrotrhlín

Oceľ	gamap (%)	Percento dusíka v inert. plyne	Ra (μΓΤΐ)	Kvalita povrchu
A		20		mikrotrhliny
A	52,1	50	7	mikrotrhliny
A		60		bez mikrotrhlín
A		95		bez mikrotrhlín
B		20		mikrotrhliny
B	45,7	50	11	mikrotrhliny
B		60		bez mikrotrhlín
B		95		bez mikrotrhlín
C		20		mikrotrhliny
C	29,5	60	8,5	mikrotrhliny
C		95		mikrotrhliny
D	62,0	90	7,5	mikrotrhliny
E	42,3	90	4	mikrotrhliny
F	53,4	60	7	bez mikrotrhlín

U ocele A, B a F sa vyskytujú mikrotrhliny i keď obsah dusíka v inertnom plyne (ktorý je zmesou dusíka a argónu) je 60 %. Všetky ocele majú ukazovateľ gamap 45,7 až 53,4 % a boli odlievané na valci s Ra 7 alebo 11 nm.

Poznatok pri oceli C ukazuje, že i keď je Ra 8,5 pm a inertný plyn je bohatý na dusík, získajú sa systematicky mikrotrhliny pokiaľ sa odlieva oceľ s nízkym ukazovateľom gamap (29,5 %). Poznatok pri oceli D, ktorých ukazovateľ gamap je

62,0 % ukazuje naopak, že sa získajú mikrotrhliny tiež, aj keď liata oceľ má ukazovateľ gamap vyšší.

Poznatok pri oceli E ukazuje, že aj keď sú podmienky zloženia ocele a inertného plynu vyhovujúce z hľadiska predchádzajúcich skúšok, vedie malá drsnosť (Ra 4 pm) k výskytu mikrotrhlín.

Vysvetlenie rôznych výsledkov je nasledujúce:

Na získanie pásika bez trhlín je potrebné na prvom mieste, aby tepelný tok odvádzaný pri prvom styku medzi kovom a valcom bol vysoký. Ak nie je inertný plyn dostatočne rozpustný v oceli, je odvádzaný stredný tepelný tok príliš slabý, oceľ netuhne dostatočne homogénnym spôsobom za podpory výskytu mikrotrhlín. Z tohto pohľadu by bolo vopred taktiež žiadúce mať miernu drsnosť valcov. Ak je však drsnosť Ra príliš nízka, počet a celkový povrch miest započatia, tuhnutie sa príliš zvýši, čo vedie k príliš náhlemu ochladzovaniu, ktoré vyvolá výskyt mikrotrhlín. Navyše je nutné tiež brať do úvahy podmienky vyvolané následnými etapami procesu tuhnutia a chladnutia kôry. Skúsenosť ukazuje, že pri kombinovaní aspoň 60 % obsahu rozpustného plynu v inertnom plyne s drsnosťou valcov Ra vyššou ako 5 pm sa dosiahnu uspokojivé výsledky.

V postupujúcom procese tuhnutia a chladnutia lejacích kôr proti valcom je potrebné, ako vyššie uvedené, zabrániť príliš intenzívnemu odvádzaniu tepla, na zabránenie tepelným heterogenitám, ktoré sú tiež zdrojom mikrotrhlín. Z tohto pohľadu je drsnosť Ra minimálne 5 pm oprávnená v tom, že vrcholy drsnosti slúžia ako miesta započatia a rozvoja tuhnutia a duté partie, v ktorých kov prenikne bez nútenia až na dno dutín pôsobí ako spoje kontrakcií, absorbujúce objemové zmeny lejacejj kôry pri tuhnutí a jej chladnutí. Nie je teda radno mať drsnosť Ra vyššiu ako 20 pm, pretože pokiaľ drsnosť, ktorá sa nachádza stlačená „do negatívu“ na povrchu pásika je zvýšená, bude ťažké ju zmenšovať v priebehu neskorších etáp valcovania a premien za studená. Riskovalo by sa tým stretnutie s konečným produktom, ktorého vzhľad povrchu by nebol uspokojivý. Hľadaná drsnosť valcov môže byť získaná všetkými známymi prostriedkami, ako je vrhanie, použitie laseru, fotogravúrou, elektroeróziou a podobnými spôsobmi.

Vysoká hodnota ukazovateľa gamap, daná zložením kovu, zosilňuje premenu delta —> gama v celom oblúku styku. Stuhnuté kôry sú teda podrobované v uvedenom oblúku styku odľahnutia, ktorá zmení odvádzaný tepelný tok a udržujú ho na vhodnej úrovni, bez toho aby viedol k mikrotrhlinám, ktoré by boli spôsobené krehkosťou kôry, pretože tá je už dostatočne stuhnutá. Skúsenosť ukazuje, že horná medza stanovená pre ukazovateľ gamap je 35 %. Od hodnoty ukazovateľa gamap 60 % sa stávajú odľahnutia vyvolané premenou delta —> gama príliš významnými a vedú k výskytu mikrotrhlín nadmerným skrehnutím kôry.

Vynález rieši teda kompromis medzi často protichodnými požiadavkami, diktovaný nutnosťou zabrániť prítomnosti povrchových mikrotrhlín na liatom pásiku, ktorého mechanizmy tvorenia sú početné. Vynález umožňuje obísť sa bez zvyčajnej prítomnosti drahých legujúcich prvkov (stabilizačných prvkov ako je hliník, titán, zirkón, niób, ktoré môžu byť prípadne obsiahnuté). Taktiež nevyžaduje zvláštne podmienky ochladzovania a navíjania pásika po opustení valca.

Priemyselná využiteľnosť

Parametre chemického zloženia ocele, zloženie inertného plynu a drsnosti valcov na získanie pásikov z nehrdzavejúcej feritickej ocele liatej priamo medzi valce a bez povrchových mikrtrhlín.

Claims

1. Spôsob kontinuálneho liatia pásikov medzi valcami z feritickej nehrdzavejúcej ocele bez mikrotrhlín s hrúbkou 10 mm alebo menšou, priamo z tekutého kovu medzi dvomi vodorovnými chladenými otáčajúcimi sa valcami, vyznačujúci sa tým, že

- oceľ obsahuje hmotnostné C% + N% < 0,12, Mn% < 1, P% < 0,04, Si% < 1, Mo% < 2,5, Cr% 11 až 19, Al% < 1, Ti% + Nb% + Zr% < 1 a ako zvyšok železo a nečistoty pochádzajúce z výrobného procesu,

gamap = 420 C% + 470 N% + 23 Ni% + 9 Cu% + 7 Mn% - 11,5 Cr% - 11,5 Si% -12 Mo% - 23 V% - 47 Nb% - 49 Ti% - 52 Al% + 189,

- drsnosť Ra povrchu povrchu valcov je väčší ako 5 pm,

2. Spôsob podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že inertný plyn je zmesou dusíka a argónu vo vzájomnom pomere 60 až 100 % a 0 až 30 %.

3. Spôsob podľa nároku 1 a 2, vyznačujúci sa tým, že drsnosť Ra valcov je 5 až

20 pm.