PL169531B1 - Sposób i urządzenie do wytwarzania taśmy ze stali nierdzewnej półferrytycznej - Google Patents

Abstract

Sposób wytwarzaniataśmy ze stali nierdzewnej półferrytycznej, z kąpieliroztopionego metalu, znamienny tym, że realizuje się krzepnięciemetalu wewlewnicyciągłego odlewania, utworzonej z dwóch oziębionych cylindrów (2), obracających się w przeciwnych kierunkach i umieszczonych w stosunku do siebie tak, by między nimi była określona przestrzeń odlewania, przy czym wyciąga się ciągle z wlewnicy taśmę zakrzepłej stali (3), apodwlewnicąpodaje się wspomnianą taśmą do ośrodka hartowania aby ochłodzić ją nagle i w czasie dostatecznie długim by uniknąć powstawania austenitu.

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób i urządzenie do wytwarzania taśmy ze stali nierdzewnej półferrytycznej.

Szczególnie wynalazek dotyczy urządzenia z dwoma cylindrami do odlewania ciągłego cienkiej nierdzewnej półferrytycznej taśmy stalowej, z roztopionego metalu.

Określenie półferrytyczne oznacza, że struktura ferrytyczna, której układ krystalograficzny jest przestrzennie scentrowany, jest podatna na przekształcenie się przy wysokich temperaturach (900-1100°C) częściowo w strukturę austenityczną, której układ krystalograficzny jest przestrzenny o scentrowanych ścianach.

Jak wiadomo sposoby i urządzenia do ciągłego odlewania cienkich taśm stalowych są jeszcze w stadium eksperymentów. Metal krzepnie we wlewnicy do ciągłego odlewania, przy czym wlewnica utworzona jest z dwóch ochłodzonych cylindrów, obracających się w przeciwnych kierunkach, umieszczonych obok siebie, z osiami skierowanymi równolegle o określonej odległości, która określa między innymi przestrzeń odlewania, ograniczoną na przeciwległych końcach cylidrów płytkami zamykającymi.

Uwzględniając szybkość powietrznego ochładzania zakrzepłych taśm stalowych wyciąganych ciągle z przestrzeni odlewania stwierdza się, że jeśli chce się odlewać półferrytyczne nierdzewne taśmy stalowe, to tworzy się w czasie schładzania austenit. Ten ostatni, nie występujący początkowo w jednofazowej strukturze ferrytowej przekształca się przy końcu schładzania w twardy martenzyt. Bardziej dokładnie i np. dla odcieni półferrytycznych zawierających 17% Cr i około 0,05% C, a więc podczas i bezpośrednio po zakrzepnięciu struktura stali jest jednofazowa i fen-ytyczna, austenit pojawia się w trakcie ochładzania w stosunku maksymalnym 40 - 50%. Martenzyt pojawiający się, następnie z przekształcenia austenitu jest fazą bardzo twardą w stosunku do otaczającego ferrytu.

Ta niejednorodna struktura wprowadza trudności w manipulowaniu i odkształcaniu metalu w czasie zwijania i rozwijania taśmy oraz walcowania na zimno surowej struktury odlewanej, a w szczególności trudności przy cięciu i zwijaniu taśm na wyjściu z linii odlewniczej. Innym niekorzystnym rezultatem tego sposobu odlewania jest fakt, że taśma opuszczająca wlewnicę ulega utlenianiu powierzchniowemu przy zetknięciu się z powietrzem otoczenia.

Instalacja opisana w dokumencie EP-181090 zawiera urządzenie oziębiające taśmę, na przykład ze stopu Fe - Si, odlewaną między dwa cylindry. Urządzenie to jest zainstalowane bezpośrednio przed urządzeniem do walcowania i nawijania wspomnianej taśmy. Jednakże instalacja ta nie jest wcale dostosowana do odlewania nierdzewnej stali półferrytycznej, ponieważ po pierwsze urządzenie oziębiające jest zainstalowane za wlewnicą, a po drugie gaz lub mgła stosowany jako środek oziębiający, powoduje tylko względnie niedużą szybkość schładzania taśmy. Tak więc celem wynalazku jest zrealizowanie sposobu i urządzenia pozwalającego wyeliminować te niedoskonałości.

Zgodnie ze sposobem według wynalazku powoduje się krzepnięcie metalu we wlewnicy odlewania ciągłego, utworzonej z dwóch oziębionych cylindrów, obracających się w przeciwnych kierunkach i położonych względem siebie tak, by między nimi była przestrzeń odlewania, wyciąga się ciągle z wlewnicy zakrzepłą taśmę stalową i pod wlewnicą wprowadza się wspomnianą taśmę do ośrodka hartującego po to, by oziębić ją gwałtownie i na czas dostatecznie długi, celem przeszkodzenia w tworzeniu się austenitu. .

Zalecana szybkość ochładzania wynosi przynajmniej 300°C/s, a temperatura taśmy odlewanej wynosi około 500°C.

Oziębiając bardzo szybko od temperatury wysokiej do temperatury granicznej występowania austenitu (ogólnie ta temperatura wynosi 1200°C - 1250°C dla omawianych odcieni) i niższej od temperatury końca krzepnięcia stwierdza się w efekcie, że możliwe jest ustalenie struktury ferrytycznej i przeszkodzenia powstawaniu austenitu

Oziębiając jeszcze bardziej taśmę bezpośrednio pod cylindrami odlewniczymi uzyskuje się efekt hartowania powierzchni metalu przez materiał przewodzący cylindrów odlewniczych. Taśmę oziębia się od temperatury wyższej do temperatury pojawienia się austenitu w osnowie ferrytycznej.

169 531

Według pierwszego przykładu sposobu według wynalazku stosuje sięjako ośrodek hartujący kąpiel roztopionego stopu, wykonanego na bazie ołowiu, cyny i cynku, lub dwóch tych metali, lub tylko jednego z nich, albo roztopionej soli, w którym to ośrodku zamieszczone są dolne części cylindrów i wyższych część taśmy i przeciwdziała się temu, by wspomniany ośrodek hartujący nie był wprawiony w ruch przez przewijanie taśmy np. przez podawanie płynu pod ciśnieniem na taśmę w miejscu wyjścia jej z kąpieli hartującej lub przy pomocy pól elektromagnetycznych.

Korzystnie jest, gdy roztopiona sól jest następującą mieszaniną (% masowy): 50 - 60% KNO3, 40 -50% NaNO2, O - 10% NaNO3.

Ta mieszanina topi się w temperaturze około 140° i jest stosowana w temperaturach między 160°C a 500°C.

Według drugiego przykładu realizacji sposobu według wynalazku stosuje się jako środek hartujący gaz obojętny oziębiony do stanu płynnego i podaje się go na górną część taśmy, na jej przeciwległe powierzchnie 1 pod cylindry.

Urządzenie przeznaczone do zrealizowania tego sposobu zawiera wlewnicę odlewania ciągłego utworzoną z dwóch oziębionych cylindrów, obracających się w przeciwnych kierunkach i rozmieszczonych względem siebie w sposób określający między nimi przestrzeń odlewania i środki do hartowania, by zakrzepłą taśmę stalową pod wlewnicą poddać działaniu oziębiającemu dostatecznie szybkiemu, by tym przeks^codzić tworzeniu się austenitu. Zaleca się, aby zastosowane środki pozwoliły zapewnić szybkość ochładzaniu rzędu 300°C/sek co najmniej do temperatury odlewanej taśmy około 500°C przynajmniej.

Rozwiązanie według wynalazku objaśnione zostanie w przykładach wykonania urządzenia na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat urządzenia do ciągłego odlewania taśmy metalowej między dwoma cylindrami, wyposażonego w zbiornik umieszczony pod cylindrami i zawierający płynną kąpiel hartującą taśmę wyciąganą z urządzenia, a fig. 2 przedstawia schemat drugiego przykładu urządzenia według wynalazku.

Na figurze 1 widać urządzenie do ciągłego odlewania z kąpieli płynnego metalu 1 między dwoma cylindrami 2, ułożonymi poziomo i równolegle do siebie w taki sposób, by ograniczyć między nimi przestrzeń odlewania cienkiej, zakrzepłej taśmy 3. To urządzenie tworzy wlewnicę odlewania ciągłego. Cylindry 2 są oziębione i wprawione w ruch obrotowy w kierunkach przeciwnych, zgodnie ze wskazaniami strzałek na fig. 1. Elementy napędzające są znane i nie przedstawione na rysunku.

Aby pozwolić szczególnie na wytwarzanie nierdzewnej półferytycznej taśmy stalowej, urządzenie jest uzupełnione zbiornikiem 4, umieszczonym pod cylindrami 2. W części środkowej dna zbiornika znajduje się otwór 5 na przejście taśmy 3. W zbiorniku znajduje się płyn hartujący 6 taśmę 3. Wymiary zbiornika 4 i poziom kąpieli 6 w nim są tak dobrane, by dolna część cylindrów 2 i wyższa część taśmy 3 odwijanej ciągle były zanurzone w kąpieli 6.

Temperatura kąpieli płynnej 6 nic powinna przekraczać 300 - 350°C. W niej jest gwałtownie zanurzana taśma 3 o temperaturze około 1300°C. Ponadto kąpiel 6 powinna być z takiego materiału, który nie zanieczyści taśmy 3 w sposób upoważniający jej odbiorców do zwrotów reklamacyjnych.

Dodać można, tytułem nieograniczonego przykładu, że możliwe jest stosowanie kąpieli hartującej, zrobionej ze stopionego stopu ołowiu, cynku 1 cyny, lub z dwóch tych metali, lub tylko z jednego z nich. Można również stosować stopnioną sól, taką jak wspomniana mieszanina soli sodu i potasu.

Urządzenie do odlewania zawiera również środki do utrzymania płynu hartującego, zabieranego przez wychodzącą taśmę 3. W przedstawionym przykładzie tymi środkami są dwa rzędy dysz 7. Są one umieszczone pod dnem zbiornika 4 i z każdej strony taśmy 3 i skierowane na linie przecięcia tej ostatniej i otworu 5 w taki sposób, by możliwe było wyrzucenie z dysz płynu na powierzchnię taśmy 3 w miejscu, gdzie opuszcza ona zbiornik 4. Płynem korzystnie jest woda o temperaturze otoczenia (np. 20°C) lub mieszanina rozdrobnionej wody i powietrza, w ilości wystarczającej do utrzymania wewnątrz zbiornika 4 płynnej kąpieli 6.

169 531

Ο

Przykładowo ilość ta może wynosić 50 m /godz przy szybkości wysuwania się taśmy 3 rzędu 1 m/sek co odpowiada 1,5 metrowej średnicy cylindrów 2, obracających się z prędkością co najmniej 1/4 obrotu/sek. Aby uniknąć powstawania austenitu w taśmie 3 w czasie jej oziębienia, powinna ona być ochłodzona od temperatury 1300°C do około 500°C z szybkością 300°C/sek. Inaczej, wspomniane kąpiele pozwalają na szybkość chłodzenia około 2700°C/sek.

Z tego wynika, że dla taśmy o grubości 3,5 mm odbieranej z szybkością 1 m/sek wysokość kąpieli 6, przez którą przechodzi taśma 3 powinna wynosić około 40 cm, tak by taśma 3 wychodząca z kąpieli miała temperaturę około 500°C.

Oczywiście nie jest konieczne, by taśma opuszczała kąpiel hartowniczą przez dno zbiornika. Wewnątrz zbiornika z kąpielą taśma może być kierowana, np. przez walce, w taki sposób by przechodziła przez powierzchnię boczną zbiornika. Takie rozwiązanie daje ten efekt, przy tej samej głębokości kąpieli, że zwiększa się czas przebywania taśmy w kąpieli w stosunku do tego czasu przy konfiguracji opisanej poprzednio.

Zrealizowane zostały badania laboratoryjne dla następujących odcieni stali nierdzewnej: AISI430 (norma ASTM A 176) - próby ewentualnego wydzielania austenitu i przekształcania się go w martenzyt, AISI 304 (norma ASTM A167) - próba określenia szybkości oziębiania. Miałkość struktury dendrytycznej krzepnięcia stali austenitycznej można przewidzieć dzięki trawieniu metalograficznemu i może ona być powiązana z warunkami oziębiania. Wyniki wykonanych badań z próbkami tych odcieni stali o temperaturze hartowania 1500°C w kąpieli 6 ciekłej cyny o temperaturze 300°C, oziębionych w około 0,45 sek do temperatury 500°C są następujące:

- odcień AISI 430 ma strukturę ferrytyczną, zawierającą bardzo mało fazy martenzytycznej (mniej niż 1%),

- szybkość oziębiania oszacowana na podstawie rozmiaru struktury odcienia austenitu AISI 304 jest zawarta między wartościami 5000°C a 15000°C.

Próby te potwierdziły więc słuszność sposobu według wynalazku dla osiągnięcia poszukiwanego celu.

Drugi przykład wykonania urządzenia (fig. 2) według wynalazku zawiera, poza cylindrami 2, środki hartowania, którymi są dysze do podawania skroplonego gazu obojętnego na zakrzepłą taśmę 3, bezpośrednio po jej wyjściu z przestrzeni odlewania. Te dysze 8, rozmieszczone w dwóch rzędach, są umieszczone pod cylindrami 2 z obydwóch stron taśmy, podobnie do tego jak są rozmieszczone dysze 7 (fig. 1). Otwory wydmuchowe dysz 8 są skierowane na przeciwległe powierzchnie wyższej części taśmy 3, bezpośrednio po jej oderwaniu się od powierzchni cylindrów 2. Gazem obojętnym może być np. argon lub azot, używany w stanie płynnym dlatego, by wykorzystać jego parowanie przy zetknięciu się z metalem. Ten gaz może być wydmuchiwany w ilości np. 100000 Nm³/godz. przy prędkości odwijania taśmy 3 około 1 m/sek.

Korzystnejest uzupełnienie urządzenia osłoną 9 przedstawioną schematycznie, umieszczoną pod wlewnicą utworzoną z dwóch cylindrów. Osłona ta ma takie wymiary, by okrywała jednocześnie rzędy dysz 8 i taśmę 3, która jest kształtowana na swych końcach przez elementy nie przedstawione na rysunku. Osłona 9 ma w swej dolnej części otwór 10 pozwalający na ciągłe wyciąganie taśmy 3 w kierunku nie przedstawionej instalacji. Pozwala ona gromadzić gaz wyrzucany na taśmę 3 wzdłuż linii o długości wystarczającej, by zabezpieczyć wspomnianą taśmę przed powierzchniowym udenianiem przez otaczające powietrze. Wzmaga się tym działanie hartujące, uzyskiwane dzięki wyrzucaniu gazu obojętnego przez dysze 8.

Próby laboratoryjne były wykonane dla odcienia stali nierdzewnej AISI 430 (norma ASTM A 176) przy pomocy dylatometru absolutnego. Próbka metalu była ochłodzona w ciągu 2,5 sek od temperatury 1250°C aż do temperatury 500°C helem gazowym w piecu. Struktura próbki jest ferrytyczną i zawiera mniej niż 1%> martenzytu. Te badania również potwierdziły zalety sposobu według wynalazku, dla osiągnięcia zamierzonego celu. Uzyskany metal tym sposobem i w urządzeniu według wynalazku jest łatwiejszy do obcinania i zwijania na wyjściu z linii odlewniczej, dzięki prawie całkowitemu usunięciu martenzytu ze struktury ferrytycznej.

169 531

FIG.

Departament Wydawnictw UP RP Nakład 90 egz Cena 2,00 zł

Claims (11)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób wytwarzania taśmy ze stali nierdzewnej półferrytycznej, z kąpieli roztopionego metalu, znamienny tym, że realizuje się krzepnięcie metalu we wlewnicy ciągłego odlewania, utworzonej z dwóch oziębionych cylindrów (2), obracających się w przeciwnych kierunkach i umieszczonych w stosunku do siebie tak, by między nimi była określona przestrzeń odlewania, przy czym wyciąga się ciągle z wlewnicy taśmę zakrzepłej stali (3), a pod wlewnicą podaje się wspomnianą taśmą do ośrodka hartowania aby ochłodzić ją nagle i w czasie dostatecznie długim by uniknąć powstawania austenitu.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wspomnianą taśmę (3) ochładza się pod wlewnicą po opuszczeniu przez nią oziębionych cylindrów (2).
3. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wspomnianą taśmę (3) ochładza się pod wlewnicą z szybkością przynajmniej 300°C/sek aż do temperatury co najmniej około 500°C.
4. 4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się jako ośrodek hartowania kąpiel roztopionego stopu (6), wytwarzanego na bazie ołowiu, cyny i cynku, lub dwóch tych metali, lub jednego z nich tylko, albo stopionej soli takiej jak mieszanina KNO 3, NaNO2 i NaNO3, w której to kąpieli zanurza się części dolne cylindrów (2) i część wysoką taśmy (3).
5. 5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się jako ośrodek hartowania gaz obojętny, oziębiony do stanu płynnego, że podaje się go na przeciwległe powierzchnie wysokiej części taśmy (3) i pod cylindry (2), bezpośrednio po wysunięciu się jej spod nich.
6. 6. Urządzenie do wytwarzania taśmy ze stali nierdzewnej półferrytycznej, z kąpieli roztopionego metalu, znamienne tym, że zawiera wlewnicę do odlewania ciągłego, utworzoną z dwóch oziębionych cylindrów (2), obracających się w przeciwnych kierunkach i rozmieszczonych względem siebie tak, by była określona między nimi przestrzeń odlewania oraz środki do hartowania (4, 6; 8, 9) dla poddania zakrzepłej taśmy stalowej (3) pod wlewnicą oziębieniu dostatecznie szybkiemu, dla zapobieżenia tworzenia się austenitu.
7. 7. Urządzenie według zastrz. 5, znamienne tym, że wspomniane środki hartowania (4,6; 8,9) pozwalają zapewnić szybkość chłodzenia odlewanej taśmy (3) przynajmniej 300°C/sek aż do temperatury około 500°C przynajmniej.
8. 8. Urządzenie według zastrz. 5, znamienne tym, że środki hartowania (4, 6; 8, 9) stanowią umieszczoną pod wlewnicą (2) kąpiel płynną (6), przez którą jest wyciągana zakrzepła taśma stalowa (3), kąpiel ta jest zawarta w zbiorniku (4), w którego dnie przewidziano otwór (5) na przejście zakrzepłej taśmy.
9. 9. Urządzenie według zastrz. 7, znamienne tym, że zawiera środki dla zatrzymania płynu pociąganego przez przesuwającą się taśmę (3), które to środki stanowią dysze (7) umieszczone pod zbiornikiem (4) z każdej strony taśmy, a podające płyn na tę taśmę przy jej wyjściu ze zbiornika, korzystnie wodę lub mieszaninę rozpylonej wody i powietrza.
10. 10. Urządzenie według zastrz. 7, znamienne tym, że wspomniane środki hartowania stanowią dysze (8) podające płynny gaz na zakrzepłą taśmę (3) przy jej wyjściu z przestrzeni odlewania, które umieszczone są pod cylindrami (2) z obydwóch stron taśmy.
11. 11. Urządzenie według zastrz. 9, znamienne tym, że posiada umieszczoną pod wlewnicą (2) osłonę (9), w której są umieszczone wspomniane dysze (8) i która okrywa taśmę aby gromadzić gaz podawany na nią i zapewnić ochronę taśmy przed utlenianiem, przy czym osłona (9) jest otwarta w swej podstawie umożliwiając wyciągnięcie 1 usunięcie taśmy (3).

    169 531