CZ295816B6

CZ295816B6 - Způsob kontinuálního lití pásků z feritické nerezavějící oceli prostých mikroprasklin mezi dva válce

Info

Publication number: CZ295816B6
Application number: CZ20013777A
Authority: CZ
Inventors: Frédéric Mazurier
Original assignee: Usinor
Priority date: 1999-04-22
Filing date: 2000-03-29
Publication date: 2005-11-16
Also published as: PL193187B1; TR200103013T2; ES2187456T3; KR100647147B1; ATE228905T1; PT1187691E; AU3661900A; DE60000938D1; CZ20013777A3; SI1187691T1; BR0009881A; SK14612001A3; JP2002542040A; AU757307B2; ZA200108667B; WO2000064613A1; JP4582916B2; US6622779B1; KR20010113823A; DK1187691T3

Abstract

Způsob kontinuálního lití pásků z feritické nerezavějící oceli o tloušťce 10 mm nebo menší, přímo z tekutého kovu mezi dva vodorovně uspořádané, chlazené otáčející se válce, ve kterém - ocel obsahuje hmotnostně 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 zbytek železo a nečistoty pocházející z výrobního procesu; - ukazatel gama.sub.p.n. tekutého kovu je 35 % až 60 %, přičemž ukazatel gama.sub.p.n. je definován vztahem: gama.sub.p.n. = 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; - drsnost Ra povrchu válců je větší než 5.mi.m; a - v okolí menisku tekutého kovu mezi válci se použije inertní plyn tvořený objemově alespoň ze 60 % plynem rozpustným v oceli.

Description

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu kontinuálního lití kovů přímo z tekutého kovu na pásky z feritické nerezavějící oceli, jejichž tloušťka je řádově několik milimetrů, způsobem nazývaným „lití mezi válce“.

Dosavadní stav techniky

V posledních letech leze pozorovat zřetelný pokrok ve vývoji odlévání pásků z uhlíkatých nebo nerezavějících ocelí přímo z tekutého kovu. Způsob, kterého se dnes používá, je lití tekutého kovu mezi dva chlazené válce otáčející se kolem vodorovných os ve vzájemně opačném smyslu a orientované proti sobě, přičemž minimální vzdálenost mezi jejich povrchy je rovna tloušťce, kterou má mít odlévaný pásek (například několik mm). Prostor, vymezený pro litou ocel, je definován protilehlými povrchy válců, na kterých začíná tuhnutí pásku a je definován bočními závěsnými deskami ze žáruvzdorného materiálu, zaměřenými proti povrchu válců. Tekutý kov začíná tuhnout ve styku s vnějšími povrchy válců, na kterých se tvoří ztuhlé „kůry“, které se spojují v úrovni „hrdla“, tedy zóny, ve které je vzdálenost válců minimální.

Jedním z hlavních problémů při výrobě tenkých pásků z feritické nerezavějící oceli litím mezi válce je významné nebezpečí výskytu vad na pásku, které se nazývají mikropraskliny. Jde opovrchové necelistvosti malých rozměrů, které jsou nicméně postačující k tomu, že se způsob nehodí k použití při výrobě produktů tvářených za studená, které se z nich zhotovují. Mikropraskliny se tvoří během tuhnutí oceli a mají hloubku řádově 40 pm a šířku na povrchu přibližně 20 pm. Jejich výskyt pochází ze smršťování oceli při tuhnutí licí kůry ve styku s válci po celé délce styku. Tyto podmínky je možno popsat jako procházející dvěma po sobě následujícími etapami. První etapa vzniká při počátečním styku mezi tekutým kovem a povrchem válce, přičemž vzniká na povrchu válce kůra tuhé oceli. Druhou etapou je růst tloušťky této licí kůry až v hrdle, kde se spojí s kůrou vytvářenou na druhém válci k vytvoření pásku zcela ztuhlého. Styk mezi ocelí a povrchem válce je určován topografií povrchu licích válců spolu s povahou inertního plynu ochranné atmosféry v licím prostoru a chemickým složením oceli. Všechny tyto parametry působí na ustavení přestupu tepla mezi ocelí a válem a řídí podmínky tuhnutí kůry.

Byly podniknuty různé pokusy k vývoji způsobu lití mezi válce umožňujícího získat schůdným způsobem pásky prosté nepřístupných vad jako jsou mikropraskliny.

Řešení v případě uhlíkatých ocelí se zaměřují na nutnost dobré matrice se zřetelem na výměnu tepla mezi ocelí a povrchem válců. Snahou je zejména zvětšit tepelný tok, vycházející z oceli při nástupu tuhnutí, licími válci. K tomu se navrhuje v patentovém dokumentu číslo EP 0 732 163 A použít válců s velmi malou drsností (Ra až 5 pm) ve spojení se složením oceli a s podmínkami zpracování, které podporují tvoření ze strany kovu, tekutých oxidů, které smáčejí mezilehlý povrch ocel/válec. Pokud jde o nerezavějící austenitické oceli, doporučuje se v patentovém dokumentu číslo EP 0 796 685 A lít ocel, jejíž poměr Cr_ekv/Ni_ekv je vyšší než 1,55 způsobem k minimalizaci fázových změn na vysoké teploty a uskutečňovat takové lití s použitím válců majících na povrchu spojité fasetky o průměru 100 až 1500 pm a o hloubce 20 až 150 pm a uchovávat v licím prostoru plyn rozpustný v oceli nebo směs plynů složenou převážně z takových rozpustných plynů.

U nerezavějících feritických ocelí se navrhuje v patentovém dokumentu číslo JP 5537612 A lít ocel s nízkým obsahem uhlíku (menším než 0,05 %) a dusíku (menším než 0,05 %) a obsahující niob (0,1 až 5 %) a titan. Pásek je rovněž třeba chladit při výstupu z válců zvýšenou rychlostí

-1 CZ 295816 B6 a řídit pak teplotu navíjení pásku. Tyto podmínky zpracování a lití jsou nákladné a namáhavé a náročné nuance omezují oblasti použití takto získaných výrobků.

Úkolem vynálezu je navrhnout způsob lití tenkých pásků z nerezavějící feritické oceli, jejichž povrch je prost mikroprasklin. Tento způsob nemá vyžadovat podmínky lití obzvlášť obtížné k provádění a měl by se dát aplikovat u velké množiny druhů takových ocelí.

Podstata vynálezu

Způsob kontinuálního lití pásků z feritické nerezavějící oceli o tloušťce 10 mm nebo menší, přímo z tekutého kovu mezi dvěma vodorovnými chlazenými otáčejícími se válci, spočívá podle vynálezu v tom, že ocel obsahuje hmotnostně C % + N % < 0,12, Μη % < 1, P % < 0,04, Si % < 1, Mo % < 2,5, Cr % 11 až 19, AI % < 1, Ti % + Nb % + Zr % < 1 a jako zbytek železo a nečistoty pocházející z výrobního procesu;

ukazatel gama_p tekutého kovu je 35 % až 60 %, přičemž ukazatel gamap je definován vztahem:

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;

drsnost Ra povrchu válců je větší než 5 pm;

v okolí menisku tekutého kovu mezi válci se použije inertního plynu tvořeného objemově alespoň ze 60 % plynem rozpustným v oceli.

Jak patrno, spočívá vynález v kombinaci podmínek týkajících se složení kovu a ve sledování množství tvoření austenitu za vysokých teplot po ztuhnutí kovu. Dále se týká minimální drsnosti licích povrch a určené podmínek složení inertního plynu. Při dodržení těchto podmínek se dosáhne eliminace tvoření mikroprasklin na povrchu pásku, aniž se předepisují velmi omezující podmínky na způsoby lití a aniž se omezují příliš široce oblastí použití produktů, které se vyrobí z litých pásků.

Vynález blíže objasňuje následující podrobný popis.

Nutnou podmínkou k úspěšnému odlévání tenkých pásků mezi válci je matice výměny tepla mezi páskem během tuhnutí a válci. Dobrá matrice tohoto přestupu vyžaduje, aby byly známy a byly reprodukovatelné podmínky přilnutí ztuhlé licí kůry na stěnách válce. Při lití pásků z nerezavějící feritické oceli obsahující 11 až 19 % chrómu dochází totiž po úplném ztuhnutí kůry proti válci k následujícímu jevu. Ztuhlá kůra představuje především strukturu plně feritickou (fáze delta), pak během chladnutí, tedy když ještě spočívá stále na povrchu válce, podléhá přeměně feritu delta na austenit gama v rozmezí teplot 1300 až 1400 °C. Tato fázová přeměna vyvolává lokální smrštění kovu, jehož výsledkem jsou rozdíly v hustotě mezi oběma fázemi, které jsou citlivé v mikroskopickém měřítku. Tato smrštění mohou být dostatečně významná pro lokální výskyt ztráty styku mezi ztuhlou kůrou a povrchem válce. Jak se má zato, mění tyto ztráty styku radiálně lokální podmínky přestupu tepla. Společně se stavem povrchu válců a s povahou inertního plynu v prohlubních uvedeného povrchu, zesilovače této fázové přeměny související se složením kovu, ovlivňují tedy intenzitu výměny tepla.

Zesilovač přeměny delta —>gama v nerezavějících feritických ocelích může být popsán jako ukazatel gama_p. Ten představuje maximální množství austenitu přítomného v kovu při vysoké

-2CZ 295816 B6 teplotě. Tento ukazatel gamap se vypočte známým způsobem ze složení kovu podle vzorce nazývaného „Trikot et Castro: (přičemž procenta jsou míněna hmotnostně):

gama_p = 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.

Při studiu, které vedlo k vynálezu, se zjistilo, že hodnota ukazatele gamap je dobrým indikátorem pro míru tepelného toku odváděného licími válci během tuhnutí, při zachování všech ostatních skutečností. Tepelný tok odváděný z kovu válci může být experimentálně kvantifikován střední hodnotu vypočtenou z míry zahřátí chladicí kapaliny válců. Zkušenost ukázala, že střední tepelný tok, odváděný z kovu válci, je tím menší, čím větší je hodnota ukazatele gam^.

Nutnou podmínkou k zabránění výskytu prasklin na tenkých páscích z nerezavějící feritické oceli litých mezi válci je, aby během počátečního styku mezi tekutým kovem a válci byl odváděný tepelný tok vysoký. K tomu je výhodné, aby inertní plyn obklopující povrch tekutého kovu v sousedství menisku (což je pojmenování průniku mezi povrchem tekutého kovu a válci) obsahoval plyn rozpustný v oceli, nebo tvořený úplně takovým plynem. Klasicky se k tomu používá dusíku, avšak použití vodíku, amoniaku nebo oxidu uhličitého je také myslitelné. Jako plynu nerozpustného v oceli doplňujícího případně do 100 % inertní atmosféru se používá klasicky argonu, je však také myslitelné použití jiného v oceli nerozpustného plynu, jako je helium. Pomocí plynu, převážně rozpustného v oceli, se realizuje lepší styk mezi ocelí a válci, neboť nerozpustný plyn mění výhodu rozpustného plynu v pronikání kovu do prohlubní na povrchu válce. Stejně slabá drsnost povrchu válců podporuje zvýšený tepelný tok, neboť vyplývá z rozšířeného styku mezi válcem a kovem.

Nicméně po začátku tuhnutí zvyšuje velmi vysoký střední tepelný tok nebezpečí heterogenity mezi lokální hodnotami toku. Tyto heterogenity mohou být počátkem povrchových prasklin na pásku, neboť vyvolávají napětí mezi různými zónami povrchu, který je ještě křehký Bylo by tedy možné nalézt kompromis mezi imperativními různostmi, kterých je nutno dbát při podmínkách lití, zda by se dalo zabránit tvoření mikroprasklin během všech etap tuhnutí a chladnutí kůr proti válcům.

Příklady provedení vynálezu

Konají se pokusy s různými podmínkami lití pásků z nerezavějící feritické oceli a vychází se od tekutého kovu. Zkouší se lití pásků o tloušťce 2,9 až 3,4 mm mezi válci, jejichž vnější povrchy ochlazované vnitřním oběhem vody jsou z poniklované mědi. V tabulce I je uvedeno složení litých kovů při různých zkouškách (označených A až F) a odpovídající hodnoty ukazatele gamap a v tabulce II jsou dosaženy výsledky různých zkoušek vyjádřené kvalitou získaného povrchu v závislosti na složení oceli, složení inertního plynu a drsnosti válců. Drsnost válců je vyjádřena střední drsnosti Ra, definovanou normou ISO 4287-1997 pro aritmetický průměr odchylek profilu drsnosti podél střední přímky ve smyslu míryl_m. Střední čáraje definována jako linie produkovaná filtráží, která protíná snímaný povrch tak, že povrchy, které jsou od ní vrchní, jsou stejné jako povrchy od ní spodní. Podle této definice je « x* bn Ra = ||y|dx

-3CZ 295816 B6

Tabulka I

Složení ocelí litých při zkouškách

	C%	Mn%	P%	s%	Si%	Ni%	Cr%	Cu%	Mt>%	Nb%	V%	Ti%	N%	Al%
A	0,046	0,415	0,028	0,0012	0,191	0,319	16,08	0,083	0,119	0,006	0,062	0,005	0,050	0,005	52,1
B	0,043	0,420	0,027	0,0023	0,214	0,335	16,30	0,091	0,023	0,002	0,076	0,002	0,041	0,003	45,7
C	0,038	0,320	0,023	0,008	0,448	0,142	16,67	0,059	0,152	0,003	0,074	0,007	0,042	0,008	29,5
D	0,051	0,392	0,029	0,0012	0,210	0,550	16,02	0,090	0,150	0,007	0,053	0,005	0,055	0,004	62,0
E	0,041	0,404	0,024	0,004	0,247	0,540	16,34	0,037	0,052	0,005	0,063	0,006	0,030	0,004	42,3
F	0,012	0,290	0,015	0,0013	0,560	0,090	11,50	0,022	0,001	0,002	0,079	0,178	0,010	0,005	53,4

Tabulka II

Vliv licích parametrů na výskyt mikroprasklin

Ocel	gama_p (%)	Procento dusíku v inert. plynu	Ra (pm)	Kvalita povrchu
A		20		mikropraskliny
A	52,1	50	7	mikropraskliny
A		60		bez mikropraskliny
A		95		bez mikropraskliny
B		20		mikropraskliny
B	45,7	50	11	mikropraskliny
B		60		bez mikropraskliny
B		95		bez mikropraskliny
C		20		mikropraskliny
C	29,5	60	8,5	mikropraskliny
C		95		mikropraskliny
D	62,0	90	7,5	mikropraskliny
E	42,3	90	4	mikropraskliny
F	53,4	60	7	bez mikropraskliny

U ocelí A, B a F se vyskytují mikropraskliny, i když obsah dusíku v inertní plynu (který je směsí dusíku a argon) je 60 %. Všechny oceli mají ukazatel gama_p 45,7 až 53,4 % a byly odlévány na válce s Ra 7 nebo 11 pm.

Poznatek u oceli C ukazuje, že i když je Ra 8,5 pm a inertní plyn je bohatý dusíkem, získají se systematicky mikropraskliny, pokud se odlévá ocel s nízkým ukazatelem gama_p (29,5 %). Poznatek u oceli D, jejíž ukazatel gamap je 62,0 % ukazuje naopak, že se získají mikropraskliny také, i když litá ocel má ukazatel gamap vyšší.

Poznatek u oceli E ukazuje, že i když jsou podmínky složení oceli a inertního plynu vyhovující z hlediska předchozích zkoušek, vede malá drsnost (Ra 4 pm) k výskytu mikroprasklin.

Vysvětlení různých výsledků je následující:

K získání pásku prostého prasklin je třeba na prvním místě, aby tepelný tok odváděný při prvním styku mezi kovem a válcem byl vysoký. Není-li inertní plyn dostatečně rozpustný v oceli, je odváděný střední tepelný tok příliš slabý, ocel netuhne dostatečně homogenním způsobem za podpory výskytu mikroprasklin. Z tohoto pohledu by bylo á priori rovněž žádoucí mít mírnou drsnost válců. Je-li však drsnost Ra příliš nízká, počet a celkový povrch míst započetí tuhnutí se příliš zvýší, což vede k příliš náhlému ochlazování, které vyvolá výskyt mikroprasklin. Nadto je

-4CZ 295816 B6 nutno také brát v úvahu podmínky vyvolané následnými etapami procesu tuhnutí a chladnutí kůr. Zkušenost ukazuje, že při kombinování alespoň 60 % obsahu rozpustného plynu v interním plynu s drsností válců Ra vyšší než 5 pm se dosáhne uspokojivých výsledků.

V postupujícím procesu tuhnutí a chladnutí licích kůr proti válcům je třeba, jak shora uvedeno, zabránit příliš intenzivnímu odvádění tepla, k zabránění tepelným heterogenitám, které jsou také zdrojem mikroprasklin. Z tohoto pohledu je drsnost Ra minimálně 5 pm oprávněná v tom, že vrcholy drsnosti slouží jako místa započetí a rozvoj tuhnutí a duté partie, ve kterých kov pronikne bez nucení až na dno dutin, působí jako spoje kontrakcí, absorbující objemové změny licí kůry při tuhnutí a jejím chladnutí. Není tedy radno mít drsnost Ra vyšší než 20 pm, neboť pokud drsnost, která se nachází stlačená „do negativu“ na povrchu páskuje zvýšená, budě obtížněji zmenšovat během pozdějších etap válcování a přeměn za studená. Riskovalo by se tím setkání s konečným produktem, jehož vzhled povrchu by nebyl uspokojivý. Hledaná drsnost válců může být získána všemi známými prostředky, jako je tryskání, použití laseru, fotogravurou, elektroerozí a podobnými způsoby.

Vysoká hodnota ukazatele gama_p, daná složením kovu, zesiluje přeměnu delta—>gama ve celém oblouku styku. Ztuhlé kůry jsou tedy podrobovány v řečené oblouku styku odlehnutí, která změní odváděný tepelný tok a udržují ho na vhodné úrovni, aniž vedou k mikroprasklinám, které by byly způsobeny křehkostí kůry, neboť taje už dostatečně ztuhlá. Zkušenost ukazuje, že horní mez stanovená pro ukazatel gama_p je 35 %. Od hodnoty ukazatele gama_p 60 % se stávají odlehnutí vyvolaná přeměnou delta —>gama příliš významnými a vedou k výskytu mikroprasklin nadměrným zkřehnutím kůr.

Vynález řeší tedy kompromis mezi mnohdy protichůdnými požadavky, diktovaný nutností zabránit přítomnosti povrchových mikroprasklin na litém pásku, jejichž mechanismy tvoření jsou četné. Vynález umožňuje obejít se bez obvyklé přítomnosti drahých legujících prvků (stabilizačních prvků jako je hliník, titan, zirkon, niob, které mohou být případně obsaženy). Rovněž nevyžaduje zvláštní podmínky ochlazování a nevíjení pásku po opuštění válce.

Průmyslová využitelnost

Parametry chemického složení oceli, složení inertního plynu a drsnosti válců pro získání pásků z nerezavějící feritické oceli litých přímo mezi válce a prostých povrchovým mikroprasklin.

Claims

1. Způsob kontinuálního lití pásků z feritické nerezavějící oceli o tloušťce 10 mm nebo menší, přímo z tekutého kovu mezi dvěma vodorovnými chlazenými otáčejícími se válci, vyznačující se tím, že ocel obsahuje hmotnostně C % + N % < 0,12, Μη % < 1, P % < 0,04, Si % < 1, Mo % < 2,5, Cr % 11 až 19, AI % < 1, Ti % + Nb % + Zr % < 1 a jako zbytek železo a nečistoty pocházející z výrobního procesu;

gama_p = 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;

drsnost Ra povrchu válců je větší než 5 pm;

2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že inertní plyn je směsí dusíku a argonu ve vzájemném poměru 60 až 100 % a 0 až 30 %.

3. Způsob podle nároků 1 a 2, vyznačující se tím, že drsnost Ra válců je 5 až 20 pm.