Морфология сульфидных включений в металле электрошлаковой наплавки

Рассмотрены процессы трансформации неметаллических включений и структуры в металле электрошлаковой наплавки с повышенным содержанием серы. Установлено, что в зонах сплавления формируется другая форма неметаллических включений и иная микроструктура....

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2011
Автори:	Парахневич, Е.Н., Лунев, В.В., Пирожкова, В.П., Чеботарь, Л.К., Бурова, Н.М.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України 2011
Назва видання:	Металл и литье Украины
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/104404
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Морфология сульфидных включений в металле электрошлаковой наплавки / Е.Н. Парахневич, В.В. Лунев, В.П. Пирожкова, Л.К. Чеботарь, Н.М. Бурова // Металл и литье Украины. — 2011. — № 3. — С. 23-27. — Бібліогр.: 4 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-104404
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1044042016-07-09T03:02:15Z Морфология сульфидных включений в металле электрошлаковой наплавки Парахневич, Е.Н. Лунев, В.В. Пирожкова, В.П. Чеботарь, Л.К. Бурова, Н.М. Рассмотрены процессы трансформации неметаллических включений и структуры в металле электрошлаковой наплавки с повышенным содержанием серы. Установлено, что в зонах сплавления формируется другая форма неметаллических включений и иная микроструктура. Розглянуто процеси трансформації неметалевих вкраплень і структури в металі електрошлакового наплавлення з підвищеним вмістом сірки. Встановлено, що в зонах сплавлення формується інша форма неметалевих вкраплень та інша мікроструктура. Transformation processes of non-metallic inclusions and structure in metal electroslag technology with the raised sulfur content are considered. It is established, that in fusion zones other form of non-metallic inclusions and other microstructure are formed. 2011 Article Морфология сульфидных включений в металле электрошлаковой наплавки / Е.Н. Парахневич, В.В. Лунев, В.П. Пирожкова, Л.К. Чеботарь, Н.М. Бурова // Металл и литье Украины. — 2011. — № 3. — С. 23-27. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. 2077-1304 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/104404 669.35.669.12.669.018.25 ru Металл и литье Украины Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
description	Рассмотрены процессы трансформации неметаллических включений и структуры в металле электрошлаковой наплавки с повышенным содержанием серы. Установлено, что в зонах сплавления формируется другая форма неметаллических включений и иная микроструктура.
format	Article
author	Парахневич, Е.Н. Лунев, В.В. Пирожкова, В.П. Чеботарь, Л.К. Бурова, Н.М.
spellingShingle	Парахневич, Е.Н. Лунев, В.В. Пирожкова, В.П. Чеботарь, Л.К. Бурова, Н.М. Морфология сульфидных включений в металле электрошлаковой наплавки Металл и литье Украины
author_facet	Парахневич, Е.Н. Лунев, В.В. Пирожкова, В.П. Чеботарь, Л.К. Бурова, Н.М.
author_sort	Парахневич, Е.Н.
title	Морфология сульфидных включений в металле электрошлаковой наплавки
title_short	Морфология сульфидных включений в металле электрошлаковой наплавки
title_full	Морфология сульфидных включений в металле электрошлаковой наплавки
title_fullStr	Морфология сульфидных включений в металле электрошлаковой наплавки
title_full_unstemmed	Морфология сульфидных включений в металле электрошлаковой наплавки
title_sort	морфология сульфидных включений в металле электрошлаковой наплавки
publisher	Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
publishDate	2011
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/104404
citation_txt	Морфология сульфидных включений в металле электрошлаковой наплавки / Е.Н. Парахневич, В.В. Лунев, В.П. Пирожкова, Л.К. Чеботарь, Н.М. Бурова // Металл и литье Украины. — 2011. — № 3. — С. 23-27. — Бібліогр.: 4 назв. — рос.
series	Металл и литье Украины
work_keys_str_mv	AT parahnevičen morfologiâsulʹfidnyhvklûčenijvmetalleélektrošlakovojnaplavki AT lunevvv morfologiâsulʹfidnyhvklûčenijvmetalleélektrošlakovojnaplavki AT pirožkovavp morfologiâsulʹfidnyhvklûčenijvmetalleélektrošlakovojnaplavki AT čebotarʹlk morfologiâsulʹfidnyhvklûčenijvmetalleélektrošlakovojnaplavki AT burovanm morfologiâsulʹfidnyhvklûčenijvmetalleélektrošlakovojnaplavki
first_indexed	2025-07-07T15:18:18Z
last_indexed	2025-07-07T15:18:18Z
_version_	1837001866695671808
fulltext	23МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 3 (214) ’2011 Введение С ера, как известно [1, 2], является вредной приме- сью, образует легкоплавкие эвтектические суль- фиды, выделяющиеся по границам зерен, что приводит к охрупчиванию металла, образованию кристаллизационных трещин и в целом – к снижению физико-механических свойств. Для снижения вероятности образования кристал- лизационных трещин в металл вводят различные присадки – десульфураторы. Более интенсивная де- сульфурация металла (до 60 %) [3] наблюдается по- сле электрошлакового переплава. Результаты исследования. В настоящей рабо- те проведено сравнительное исследование микро- структуры и природы неметаллических включений (НВ) в металле, наплавленном электрошлаковым способом с повышенным содержанием серы. Вари- анты наплавок приведены в таблице. Опытный металл выплавляли в индукционной печи емкостью 60 кг с основной футеровкой. Вы- сокие концентрации серы обеспечивались вводом в металл сернистого железа, содержащего 32 % S. Конечное раскисление производили 0,2 % Al. Наплавки проводили на установке А-550М с применением стандартного шлака АНФ-6 (в %, CaF2 – 65-70; Al2O3 – 23-31; CaO – 8; SiO2 – 2,5; FeO – 0,5), обеспечивающего высокую десульфурацию. В качестве расходуемых электродов использо- вали литые заготовки из сталей марок 45 (0,08 % S) и 12Х13 (0,06 % S) сечением 60 мм, Ø кристалли- затора 100 мм. Зоны сплавления однородных и разнородных по химическому составу сталей выявляли на полиро- ванных шлифах с использованием методов химиче- ского и теплового травления [4]. Микроструктуру исходного и наплавленного ме- талла, в том числе и зоны сплавления, исследо- вали на световых оптических микроскопах МИМ-8 и «EpiQuant» при увеличениях 100-1000. Измене- ния микроструктуры фиксировали замерами ми- кротвердости с помощью микротвердомера ПМТ-3 (таблица). Распределение элементов в зонах сплавления определяли на растровом электронном микроско- пе JSM-6360. Природу неметаллических включений изучали металлографическим и петрографическим методами. Определение поэлементного состава Methodical approaches are stated; technological parameters of process of putting a wearproof corundum coating on inner surface of metal pipes by SHS method in centrifugal force field are defined. Calculations of change standard Gibbs mole energy for all possible reactions between charge components for finding-out what of these reactions can theoretically proceed spontaneously are performed. For determination of charge power ability calculations of thermal effects (enthalpy) corresponding reactions also are performed. Heat processes between a metal pipe and products of exothermic reactions at corundum layer formation are considered. Pre-production models of elements of the steel pipeline with corundum overlay are received, the covering material is investigated. Поступила 10.11.10 Shinsky O., Babich N., Burovsky N. Definition of technological parameters of putting a protective corundum coating on elements of steel pipelines Summary Keywords self-propagating high temperature synthesis (SHS), a reactionary mix, reactor, centrifugal forces and accelerations, gravitational factor, corundum cover УДК 669.35.669.12.669.018.25 Е. Н. Парахневич, В. В. Лунев, В. П. Пирожкова, Л. К.Чеботарь, Н. М. Бурова Запорожский национальный технический университет, Запорожье Морфология сульфидных включений в металле электрошлаковой наплавки Рассмотрены процессы трансформации неметаллических включений и структуры в металле электрошлаковой наплавки с повышенным содержанием серы. Установлено, что в зонах сплавления формируется другая форма неметаллических включений и иная микроструктура. Ключевые слова: электрошоковая наплавка, неметаллические включения, сера, микроструктура, зона сплавления 24 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 3 (214) ’2011 включений производили микрорентгеноспектральным методом на микрозонде МЅ-46 фирмы «CAMECA» и на растровом электронном микроскопе «Suppra 40WDS». Проведенные исследования показали, что струк- тура основного и наплавленного металла в процес- се электрошлаковой наплавки (ЭШН) трансформиру- ется – изменяются химический состав и морфология всех структурных составляющих, в том числе и НВ. Вариант I. Исходный металл (сталь 45) харак- теризуется феррито-перлитной зернистой структу- рой и наличием НВ: эвтектических сульфидов, окси- сульфидов и оксидов изометричной формы (рис. 1). По мере приближения к зоне сплавления (переход- ная зона) характер микроструктуры и НВ изменяет- ся. Элементы структуры укрупняются, теряется зе- ренное строение. Ферритная составляющая приоб- ретает блочно-пластинчатый характер с элементами Видманштетта. Подавляющее большинство включе- ний растворяется полностью или частично. Остав- шиеся частицы неметаллической фазы приобретают округлую форму. Зона сплавления отличается пластинчато-иголь- чатой Видманштеттовой структу- рой и наличием весьма незначи- тельного количества НВ глобуляр- ной формы (рис. 2). Характерной особенностью таких включений является не только их форма и аморфная микроструктура, но и сложный химический состав: каль- ций, алюминий, марганец, сера, кислород. Содержание отмечен- ных элементов изменяется в широ- ких пределах: от высоких концен- траций до следов или полного от- сутствия того или иного элемента. Наплавленный металл имеет дендритную феррито-перлитную структуру, в составе которой при- сутствуют, как и в исходном метал- ле, эвтектические сульфиды и окси- сульфиды. НВ отличаются значи- тельно меньшими размерами и незначительным количеством, что характерно для электрошлакового металла. Вблизи зоны сплавления формируется пластинчато-игольчатая структура Видманштетта веерообразного характера. Вариант II. Исходная сталь 45, как и в первом ва- рианте, имеет феррито-перлитную зернистую струк- туру, но с преобладанием ферритной составляющей. По мере приближения к зоне сплавления элемен- ты структуры укрупняются и носят смешанный ха- рактер: крупнозернистая феррито-перлитная струк- тура чередуется с элементами литой пластинчато- блочной структуры с выраженной направленностью, характерной для электрошлаковой кристаллизации. Так формируется переходная зона, характерной особенностью которой является еще и отсутствие неметаллических включений, за исключением еди- ничных сильно метаморфизованных частиц. Зона сплавления четко выражена, выделяется крупноблочной структурой Видманштетта. Зерна- блоки феррита явно легированные хромом, о чем свидетельствуют более высокий рельеф, чем у обыч- ного феррита, и более высокая твердость. Неметаллические включения, как и в предыдущей Химический состав сталей, наплавленных электрошлаковым способом Номер варианта Вариант наплавки Содержание элементов, % C Cr Mn Si Ni P S I сталь 45, наплавка 0,40 0,18 0.18 0,11 0,007 0,017 0,030 сталь 45, основа 0,38 − 0,16 0,03 − − 0,080 II 12Х13, наплавка 0,13 11,86 0,20 0,24 − 0,015 0,040 сталь 45, основа 0,21 − 0,16 0,03 − − 0,080 III 12Х13, наплавка 0,14 10,62 0,26 0,19 − 0,015 0,030 12Х13, основа 0,15 14,00 0,26 0,29 − − 0,060 IV сталь 45, наплавка 0,39 0,66 0,18 0,11 0,07 0,022 0,015 12Х13, основа 0,15 14,00 0,26 0,29 − − 0,060 Рис. 2. Глобулярные включения сложного состава в зоне сплав- ления (сталь 45 на сталь 45), ×900 Рис. 1. Эвтектические сульфиды в исходном металле (сталь 45), ×900 25МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 3 (214) ’2011 зоне, имеют глобулярную форму, аморфную или сте- кловидную микроструктуру и сложный химический состав. Размер большей части включений составля- ет 1-3 мкм, а некоторые достигают 10 мкм. Переходная зона характеризуется постепенным переходом дисперсной троститного типа структуры к игольчатой мартенситной. Необходимо отметить, что формирование тростита, по всей видимости, проис- ходит в результате химического смешивания твер- дых растворов стали марок 45 и 12Х13, а также диффузионного перераспределения легирующих элементов. Далее наблюдается выравнивание хими- ческого состава с образованием бейнитно-мартен- ситной структуры стали 12Х13. НВ представлены эвтектическими сульфидами и оксисульфидами, а также оксидами округлой формы с гетерогенной ми- кроструктурой. Размер включений составляет 1-10, реже − 15-20 мкм. В переходной зоне включения практически отсутствуют. Вариант III. Основа стали 12Х13, в отличие от варианта II, имеет структуру мартенсита с прослой- ками феррита, в составе которого присутствует большое количество неметаллических включений. Основная масса включений представлена крупными (до 50 мкм) эвтектическими сульфидами, оксисуль- фидами и оксидами округлой или эллипсовидной формы с гетерогенной микроструктурой (рис. 3). Переходная зона, подобно варианту II, приоб- ретает более грубый характер, мартенситные иглы укрупняются, образуется структура крупноигольча- того мартенсита. НВ практически отсутствуют, за ис- ключением единичных, сильно метаморфизованных частиц. Зона сплавления слабо выражена, не имеет чет- ких очертаний, то есть характер перехода структу- ры от основного металла к наплавленному плав- ный, постепенный. Отличительной особенностью та- кой структуры является наличие в ее составе мелких (1-3 мкм) гомогенных глобулярных включений слож- ного химического состава. Наплавленный металл по своему типу и морфо- логии структуры не отличается от основы. Заметным отличием его является отсутствие большого количе- ства НВ, а также их дисперсность и равномерность распределения в матрице. Вариант IV. Структура исходного (основа) метал- ла стали марки 12Х13 мелкодисперсная бейнитного типа. Вблизи зоны сплавления элементы структуры приобретают более грубый характер с преоблада- нием игольчатых форм. Такая структура, в отличие от предыдущей, характеризуется повышенной (4417 вместо 4027 Мн/м²) микротвердостью, что явно свя- зано с диффузией структурообразующих элементов хрома и углерода. В зоне сплавления стали марок 12Х13 и 45 сфор- мировалась крупноигольчатая феррито-мартенсит- ная структура, микротвердость которой меньше микротвердости основного металла и больше, чем в переходной зоне, прилегающей к стали 45. Приве- денные данные изменения микротвердости показы- вают, что зона сплавления имеет усредненный состав, отличающийся от основного и наплавленно- го металла. Здесь, как и в предыдущем варианте, образуется незначительное количество НВ глобу- лярной формы. Переходная зона наплавленного металла ста- ли 45 обогащена хромом и отличается образовани- ем плотной соорбитоподобной структуры, а также от- сутствием ферритной составляющей. По мере даль- нейшего удаления от переходной зоны химический состав металла выравнивается и соответствует со- ставу литой стали 45. Феррит присутствует в незна- чительном количестве и выделяется по границам ли- того зерна в виде тонких пластин. Выводы Полученные данные показывают, что существен- ные превращения структуры и НВ наблюдаются в пе- реходных зонах, где протекают диффузионные про- цессы, способствующие перекристаллизации твер- дого раствора. В этих зонах заметно изменяется морфология (форма, размер, количество и распре- деление) структурных составляющих, которые зави- сят не только от режима электрошлаковой наплав- ки, но и от химического состава сплавляемых марок сталей. В зонах сплавления всех вариантов ЭШН обра- зуется жидкий металл, химический состав которо- го отличается от исходного и наплавленного. Соот- ветственно в таких зонах формируется иная струк- тура и другая природа НВ. Во всех вариантах ЭШН, за исключением варианта III, образуется грубая не- однородная структура, что свидетельствует о хими- ческой и структурной неоднородности металла в зо- нах сплавления. Наиболее однородная и достаточно плотная структура сформировалась при сплавлении одно- родных по химическому составу легированных ста- лей марки 12Х13 (рис. 4), хотя сплавление простых углеродистых сталей (сталь 45 на сталь 45) при тех же режимах наплавки привело к образованию грубой неоднородной структуры (рис. 5). Характерной особенностью для всех исследуемых зон сплавления является образование благоприятнойРис. 3. Эвтектические сульфиды в стали марки 12Х13, ×900 26 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 3 (214) ’2011 природы НВ: глобулярная форма, однородная микро- структура, дисперсность (1-10 мкм) и незначитель- ное количество в структуре металла. Примечатель- но, что в составе многих дисперсных (размером 1-3 мкм) глобулей присутствуют сера и такие эле- менты, как марганец, хром, редко алюминий или кремний. Включения размером около 10 мкм имеют более сложный состав (марганец, кальций, алюми- ний, кислород или хром, кремний, алюминий) и не со- держат серы, что свидетельствует об эффективном удалении ее в процессе ЭШН. Наличие отмеченных элементов в составе более крупных включений сви- детельствует о протекании диффузионных процес- сов не только на границе сплавляемых сталей, но и на границе шлак-металл. Таким образом, необходимо отметить следующее: отрицательное влияние повышенных концентраций серы на свойства наплавленного металла (зоны сплавления) легко устраняется электрошлаковым способом с использованием флюса АНФ-6; сульфи- ды марганца и хрома, характерные для исследуемых сталей марок 45 и 12Х13, в зонах сплавления отсут- ствуют полностью, а то незначительное количество серы, зафиксированное микрорентгеноспектральным анализом, содержится в составе дисперсных вклю- чений глобулярной (благоприятной) формы; в струк- туре металла зон сплавления всех вариантов не обнаружена отрицательная (пленочная) форма вклю- чений, а также трещины, микротрещины и поры. Это способствует очищению металла в зонах сплавления от вредных примесей, а также, что очень важно, переводу пленочных эвтектических сульфи- дов в благоприятную глобулярную форму. Рис. 5. Микроструктура зоны сплавления при наплавке стали 45 на сталь 45, ×200 Рис. 4. Микроструктура зоны сплавления при наплавке стали марки 12Х13 на сталь марки 12Х13, ×200 ЛИТЕРАТУРА 1. Шульте, Ю. А. Неметаллические включения в электростали. – М.: Металлургиздат, 1964. – 207 с. 2. Лунев, В. В., Аверин В. В. Сера и фосфор в стали. – М.: Металлургия, 1988. – 256 с. 3. Влияние электрошлакового переплава на качество и свойства колесной стали / Б. И. Медовар, М. И. Гасик, И. Г. Узлов и др. // Пробл. спец. электрометаллургии. – 1986. – № 4. – С. 27-30. 4. Методика выявления зоны сплавления при электрошлаковой наплавке / Е. Н. Парахневич, Ю. П. Петруша, В. В. Лунев, В. П. Пирожкова // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. – 2007. – № 5/1 (29). – С. 66-68. Ключові слова електрошлакове наплавлення, неметалеві вкраплення, сірка, мікроструктура, зона сплавлення Парахнєвич Є. М., Луньов В. В., Пирожкова В. П., Чеботарь Л. К., Бурова Н. М. Морфологія сульфідних вкраплень в металі електрошлакового наплавлення Анотація Розглянуто процеси трансформації неметалевих вкраплень і структури в металі електрошлакового наплавлення з під- вищеним вмістом сірки. Встановлено, що в зонах сплавлення формується інша форма неметалевих вкраплень та інша мікроструктура. 27МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 3 (214) ’2011 В .настоящее время возникла потребность в мате- риалах, которые бы объединяли в себе малый удельный вес, значительные прочность и пластич- ность при комнатной температуре, жаропрочность и жаростойкость при температурах выше 600 °С. Существует также большой спрос на материалы с вы- соким модулем упругости. Одним из направлений ре- шения данной проблемы есть создание титановых сплавов и композитов на основе системы Ti-Si с со- держанием кремния, который превышает термодина- мически стабильную величину в твердом растворе. Такие материалы имеют многофазную структуру, где упрочение титановой матрицы тугоплавким соедине- нием Ti5Si3 происходит естественным путем в процес- се кристаллизации. Сплавы данной системы явля- ются перспективными для создания нового класса материалов с высоким уровнем физико-механичес- ких характеристик. В связи с этим решающее зна- чение для обеспечения необходимого состава и од- нородности структуры, а также стабильности физико- механических свойств приобретает металлургическая стадия получения данных материалов в количестве, необходимом для проведения широкомасштабных исследований и практического применения. Исходя из требований к выплавленному матери- алу и реальных возможностей, были испытаны три способа получения сплавов систем Ti-Si и Ti-Si-Х для выбора в дальнейшем оптимальных вариантов: электронно-лучевая, вакуумно-дуговая и плазменно- дуговая плавки. Технические характеристики элек- тронно-лучевой литейной гарнисажной установки, универсального плазменно-дугового агрегата и ра- бочие параметры вакуумно-дуговой установки пред- ставлены в табл. 1-3. При выборе конкретных составов, перспективных с точки зрения их практического использования, были взяты во внимание результаты исследований спла- вов систем Ti-Si и Ti-Si-Zr в широком диапазоне кон- центраций кремния и циркония (0÷8,5 %мас. Si и Transformation processes of non-metallic inclusions and structure in metal electroslag technology with the raised sulfur content are considered. It is established, that in fusion zones other form of non-metallic inclusions and other microstructure are formed. Поступила 31.08.10 Parakhnevich E., Lunyov V., Pirozhkova V., Chebotar’ L., Burova N. Morphology of sulphidic non-metallic inclusions in restored of steel by electroslag method Summary Keywords electroslag technology, non-metallic inclusions, sulphur, microstructure, fusion zone Таблица 1 Технические характеристики электронно-лучевой литейной установки на базе печи ИСВ-004 Наименование характеристики Значение Объем плавильной камеры, м3 2,2 Количество электронно-лучевых пушек, шт. 1 Максимальная мощность пушки, кВт 200 Рабочее давление в плавильной камере, Па 0,13 Давление в камере катода пушки, Па 0,0013 Затраты воды на охлаждение установки, м3/ч 10 Затраты воды на охлаждение тигля, м3/ч 2,4 Время достижения рабочего давления в камере после разгерметизации, ч 2 УДК 621.745.558.669.295 Н. Н. Кузьменко, Л. Д. Кулак, Н. И. Левицкий, В. И. Мирошниченко Институт проблем материаловедения НАН Украины, Киев *Физико-технологический институт металлов и сплавов НАН Украины, Киев Способы выплавки сплавов систем Ti-Si и Ti-Si-X Приведены технические характеристики электронно-лучевой гарнисажной установки, универсального плаз- менно-дугового агрегата и экспериментальной вакуумно-дуговой печи, которые используют для выплавки серийных титановых сплавов. Проведенные опытные плавки показали, что выбор плавильного агрегата для получения качественных литых заготовок из сплавов систем Ti-Si и Ti-Si-Х обусловлен массой, конфигурацией необходимых заготовок, наличием шихтовых материалов, стоимостью конечной продукции и т. п. Ключевые слова: электронно-лучевая установка, плазменно-дуговой агрегат, вакуумно-дуговая печь, сплавы систем Ti-Si и Ti-Si-Х

Морфология сульфидных включений в металле электрошлаковой наплавки

Репозитарії

Схожі ресурси