Виявлення та мінімізація утворення пухирців на поверхні рулонів безперервнолитої й гарячекатаної м'якої криці

В. В. Кухар$^{1}$, О. М. Смірнов$^{2}$, А. Г. Кострижев$^{3}$, К. Є. Пісмаров$^{2}$, В. Є. Ухін$^{2}$, О. Д. Рудь$^{4}$, М. С. Горюк$^{2}$, С. В. Семирягін$^{2}$, Ю. П. Скоробагатько$^{2}$, А. Ю. Семенко$^{2}$

$^{1}$Кафедра металургії та організації виробництва, Технічний університет «Метінвест Політехніка», шосе Південне, 80, 69008 Запоріжжя, Україна
$^{2}$Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України, бул. Академіка Вернадського, 34/1, 03142 Київ, Україна
$^{3}$Центр мікроскопії та мікроаналізу, Університет Квінсленда, 75 Коледж-роуд, 4072 Сент-Люсія, Австралія
$^{4}$Інститут металофізики ім. Г. В. Курдюмова НАН України, бульв. Академіка Вернадського, 36, 03142 Київ, Україна

Отримано: 14.05.2025; остаточний варіант - 25.08.2025. Завантажити: PDF

Це дослідження спрямовано на аналізу причин і шляхів усунення дефектів типу «розкатаний газовий пухир» на гарячекатаних рулонах низьковуглецевої криці марок SAE 1008 і S235, що виявився впродовж шістьох днів виробництва на стані 1700 одного з металурґійних підприємств групи «Метінвест». Продукція, на якій було виявлено дефекти, складала 3327 тон, з яких 88,3% припадали на сляби, розлиті на машині безперервного лиття заготівок (МНЛЗ) № 3, і лише 11,7% — на сляби з МНЛЗ-2. Особливо дефекти зосереджувалися в центральній частині рулонів з боку, що відповідає малому радіюсу МНЛЗ, а також на рулонах, розлитих із застосуванням кристалізатора № 2 упродовж п'ятьох днів. Металографічна аналіза зразків показала, що глибина поширення дефектів сягала 100–300 мкм, а структура металу поблизу дефектних зон характеризувалася повним зневуглецьовуванням і укрупненням зерна фериту до 6–7 номера за шкалою ASTM (32–45 мкм), тоді як нормальне зерно у непошкоджених зонах мало розмір 9–10 номера (11–16 мкм). На основі хемічного складу, визначеного відповідно до стандарту ISO 4967:2013, було підтверджено наявність окиснених зон у вигляді скупчень неметалевих включень в зоні дефектів. Це вказує на окиснення металу через потрапляння вологи у процесі розливання, що було пов'язане з пошкодженням герметичности кристалізатора № 2 на МНЛЗ-3, зокрема внаслідок виявленої течі між крицевою та мідною водоохолоджуваною плитою кристалізатора. У технологічному журналі також було зафіксовано сліди втискувань, які вказують на утворення так званого «металевого королька» як причину пошкодження герметичности. Аналіза складу шлакоутворювальних сумішей показала, що під час розливання вміст вологи у шлакоутворювальних сумішах становив від 0,20% до 0,50%, що відповідає максимально допустимій межі у 0,50%. Контроль також виявив, що вологість вугілля марки АС, яке використовувалося для навуглецювання криці, варіювалася від 1% до 1,2%, що не перевищує граничні 9%. Проте об'єднання вологих матеріялів і порушення герметичности створювало умови для окиснення металу. На основі одержаних даних було розроблено комплекс заходів для пониження дефектности прокату, включаючи: суворий контроль вологости шлакоутворювальних сумішей і феростопів, обов'язкове тестування герметичности кристалізаторів перед розливом, додатковий контроль просушування проміжних ковшів і недопущення розливу без захисної труби.

Ключові слова: безперервне лиття, низьковуглецева криця, розкатаний газовий пухир, характеризація мікроструктури, контроль вологости, шлакоутворювальна суміш.

URL: https://mfint.imp.kiev.ua/ua/abstract/v48/i07/0715.html

PACS: 61.66.Dk, 61.72.Qq, 81.05.Bx, 81.20.Ev, 81.20.Hy, 81.40.Ef, 81.40.Pq


ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА
  1. V. Kukhar, O. Kurpe, A. Prysiazhnyi, O. Khliestova, V. Burko, E. Balalayeva, and N. Yelistratova, IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng., 1037: 012024 (2021).
  2. V. Zurnadzhy, V. Stavrovskaia, Y. Chabak, I. Petryshynets, B. Efremenko, K. Wu, V. Efremenko, and M. Brykov, Materials, 17: 1958 (2024).
  3. R. I. L. Guthrie and M. M. Isac, Metals, 12: 862 (2022).
  4. M. W. Ashour, F. Khalid, A. A. Halin, L. N. Abdullah, and S. H. Darwish, Arab. J. Sci. Eng., 44: 2925 (2019).
  5. A.-H. Bui and V.-H. Nguyen, J. Met. Mater. Miner., 30, No. 1: 80 (2020).
  6. A. Smirnov, A. Verzilov, A. Semenko, Yu. Skorobagatko, and D. Hoida, Metall. Res. Technol., 120, No. 3: 310 (2023).
  7. V. Smirnov, V. Ukhin, S. Semiriagin, A. Semenko, and Yu. Skorobagatko, Metall. Res. Technol., 121: 106 (2024).
  8. J. Zhang, S. Yang, Y. Chen, Z. Chen, J. Zhao, J. Li, and Z. Jiang, JOM, 70: 2886 (2018).
  9. J. Zhang, Q. Liu, S. Yang, Z. Chen, J. Li, and Z. Jiang, ISIJ Int., 59, Iss. 7: 1167 (2019).
  10. Z. Wei, Z. Wang, D. Zhang, Y. Liu, X. Wang, and M. Yao, Metall. Mater. Trans. B, 55: 3773 (2024).
  11. H. Zhang and W. Wang, Metall. Mater. Trans. B, 47: 920 (2016).
  12. W. Tong, S. Luo, W. Wang, and M. Zhu, Metall. Mater. Trans. B, 55: 727 (2024).
  13. H. Lei, J. Liu, G. Tang, H. Zhang, Z. Jiang, and P. Lv, JOM, 75: 914 (2023).
  14. P. Lyu, W. Wang, and H. Zhang, Metall. Mater. Trans. B, 48: 247 (2017).
  15. M. L. S. Zappulla and B. G. Thomas, IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng., 861: 012016 (2020).
  16. B. Sun, Z.-Y. Liu, and G.-D. Wang, J. Iron Steel Res., 31, No. 10: 1417 (2010).
  17. L. D. Way, Mater. Sci. Technol., 17, Iss. 10: 1175 (2001).
  18. S. Zhao, J. Lyu, G. Song, J. Wang, D. Xu, and Z. Li, Metall. Res. Technol., 120, No. 4: 327 (2023).
  19. R. Schlatter, Steel Times, 214: 432 (1986).
  20. C.-J. Zhang, Y.-P. Bao, M. Wang, and L.-C. Zhang, Int. J. Miner. Metall. Mater., 24: 47 (2017).
  21. P. H. Dauby, Rev. Metall., 109, No. 2: 113 (2012).
  22. P. Pathak, G. Das, and S. K. Jha, Recent Advances in Manufacturing Processes (Eds. R. Kumari, J. D. Majumdar, and A. Behera), (Singapore: Springer: 2022), p. 153.
  23. O. Kurpe, V. Kukhar, E. Klimov, and A. Prysiazhnyi, Solid State Phenom., 291: 63 (2019).
  24. M. Sun, 2023 Proc. 42nd Chin. Control Conf. (CCC), p. 6998.
  25. C. Zhang, K. Peng, and J. Dong, Control Eng. Practice, 107: 104698 (2021).
  26. V. Vasan, N. V. Sridharan, S. Vaithiyanathan, and M. Aghaei, Heliyon, 10, Iss. 19: e38498 (2024).
  27. S. Wackenrohr, S. Herbst, P. Wöbbeking, G. Gerstein, and F. Nürnberger, J. Manuf. Mater. Process., 7: 142 (2023).
  28. D. Kalisz, P. L. Żak, S. Semiryagin, and S. Gerasin, Materials, 14, Iss. 23: 7113 (2021).
  29. S. Louhenkilpi, Treatise on Process Metallurgy (Eds. S. Seetharaman, R. Guthrie, A. McLean, S. Seetharaman, and H. Y. Sohn) (Elsevier: 2024), Ch. 1.10, p. 343.
  30. N. Ali, L. Zhang, H. Zhou, A. Zhao, C. Zhang, and Y. Gao, Mater. Design, 209: 109978 (2021).
  31. C. Wang, Y. Yu, L. Wang, Z.-G. Pang, L. Chen, and H.-L. Jiao, J. Iron Steel Res., 28, No. 3: 74 (2016).
  32. G. Das, S. Ghosh, S. Ghosh Chowdhury, S. Ghosh, S. Das, and D. K. Bhattacharaya, Eng. Fail. Analysis, 10, Iss. 3: 363 (2003).
  33. W. Shen, G. Cheng, and X. Liu, Ironmaking and Steelmaking: Processes, Products and Applications, 52, Iss. 1: 24 (2024).
  34. M. Pietrzyk, R. Kawalla, and H. Pircher, Steel Research, 66, Iss. 12: 526 (1995).
  35. M. Vlado, R. Bidulský, L. Gulová, K. Machová, J. Bidulská, J. Valíček, and J. Sas, High Temp. Mater. Proc., 30: 105 (2011).
  36. L.-W. Zhang, W.-F. Shen, C. Zhang, Q.-H. Xu, and Y. Cui, Proc. Eng., 207: 532 (2017).
  37. S.-H. Zhang, W.-H. Tian, L.-Z. Che, W.-J. Chen, Y. Li, L.-W. Wan, and Z.-Q. Yin, J. Iron Steel Res. Int., 31: 2236 (2024).
  38. S. Moir and J. Preston, J. Mater. Process. Technol., 125–126: 720 (2002).
  39. S. Ganguly, X. Wang, K. Chandrashekhara, M. F. Buchely, S. Lekakh, R. J. O’Malley, D. Bai, and Y. Wang, Steel Res. Int., 92, Iss. 2: 2000293 (2021).
  40. L. Hua, Y. Liu, D. Qian, L. Xie, F. Wang, and M. Wu, Mater. Characterization, 185: 111736 (2022).
  41. O. E. Markov, A. S. Khvashchynskyi, A. V. Musorin, M. A. Markova, A. A. Shapoval, and N. S. Hrudkina, Int. J. Adv. Manuf. Technol., 122: 1383 (2022).
  42. H. Tanaka, R. Nishihara, R. Miura, R. Tsujino, T. Kimura, T. Nishi, and T. Imoto, ISIJ Int., 34, Iss. 11: 868 (1994).
  43. H. Goto and K. Miyazawa, ISIJ Int., 38, Iss. 3: 256 (1998).
  44. C. Shi, J. Li, and S. Yang, Electroslag Remelting Towards Clean Steel (Singapore: Springer: 2023), p. 73.
  45. K. Riyahimalayeri, P. Ölund, and M. Selleby, Steel Res. Int., 84, Iss. 2: 136 (2013).
  46. L. Wang, H.-G. Lee, and P. Hayes, Steel Res., 66, Iss. 7: 279 (1995).
  47. H. Yang, H. Olia, and B. G. Thomas, Metals, 11: 116 (2021).
  48. Z. W. Hou, M. Jiang, E. J. Yang, S. Y. Gao, and X. H. Wang, Metall. Mater. Trans. B, 49: 3056 (2018).
  49. J. H. Park and Y.-B. Kang, Steel Res. Int., 95, Iss. 11: 2300598 (2024).
  50. J. G. Duh and C. J. Wang, J. Mater. Sci., 25: 2063 (1990).
  51. S. Zhang, M. Long, H. Zhang, S. Ai, D. Chen, P. Liu, and H. Duan, J. Mater. Res. Technol., 11: 2049 (2021).
  52. D. Lee, Y.-S. Kim, T. T. T. Trang, W.-T. Cho, M.-H. Kang, J. S. Lee, C. H. Yim, and Y.-U. Heo, Eng. Failure Analysis, 166: 108895 (2024).
  53. A. Bahrami, M. K. Khouzani, S. A. Mokhtari, S. Zareh, and M. Y. Mehr, Metals, 9, Iss. 7: 801 (2019).
  54. S. K. Dhua, J. Failure Analysis Prevention, 19: 1023 (2019).
  55. N. F. Garza-Montes-de-Oca, K. Y. Pineda-Arriaga, M. J. Gaona-Martinez, J. H. Ramirez-Ramirez, F. A. Perez-Gonzalez, and R. Colas, J. Failure Analysis Prevention, 23: 298 (2023).
  56. O. Kruzhilko, N. Volodchenkova, V. Maystrenko, B. Bolibrukh, V. P. Kalinchyk, A. Zakora, A. Feshchenko, and S. Yeremenko, Arch. Min. Sci., 67: 179 (2022).
  57. K.-K. Lai, S.-W. Lin, H.-W. Lo, C.-Y. Hsiao, and P.-J. Lai, Sustainability, 15, Iss. 24: 16583 (2023).
  58. W. Glitscher, La Metall. Ital., 11–12: 61 (2005).
  59. B. G. Bartosiaki, J. A. M. Pereira, W. V. Bielefeldt, and A. C. F. Vilela, J. Mater. Res. Technol., 4, Iss. 3: 235 (2015).
  60. S. Pal, A. Patra, and P. R. Padhee, Process Modeling for Steel Industry (I K International Publishing House: 2018).
  61. F. R. Camisani-Calzolari, I. K. Craig, and P. C. Pistorius, IFAC Proc. (2002), Vol. 35, Iss. 1, p. 149.
  62. LMM Group. Analysis of the Pressure Problem during the Installation of the Mold (2020); https://www.lmmgroupcn.com/analysis-of-the-pressure-problem-during-the-installation-of-the-mold/
  63. W. A. Schmucker and L. M. Dings Jr., Continuous Casting Mold and Means for Securing Mold Liners Therein, Patent of USA No. 4182397 (Published January 8, 1980).
  64. J. K. Good and D. R. Roisum, Winding: Machines, Mechanics and Measurements (DEStech Publ. Inc.: 2008).