Повышение качества крупных стальных слитков модифицированием комплексными сплавами с кальцием и РЗМ
Изучено влияние различных составов силикомишметалла с кальцием на природу и количество неметаллических включений в крупных слитках, а также свойства модифицированной конструкционной стали....
Збережено в:
| Дата: | 2013 |
|---|---|
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
2013
|
| Назва видання: | Процессы литья |
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/131116 |
| 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: | Повышение качества крупных стальных слитков модифицированием комплексными сплавами с кальцием и РЗМ / Ю.Я. Скок // Процессы литья. — 2013. — № 1. — С. 33-38. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-131116 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1311162018-03-14T03:02:58Z Повышение качества крупных стальных слитков модифицированием комплексными сплавами с кальцием и РЗМ Скок, Ю.Я. Кристаллизация и структурообразование сплавов Изучено влияние различных составов силикомишметалла с кальцием на природу и количество неметаллических включений в крупных слитках, а также свойства модифицированной конструкционной стали. Досліджено вплив різного складу сілікомішметаллу з кальцієм на природу та кількість неметалевих включень в крупних зливках і властивості модифікованої конструкційної сталі. Показано, що модифікація сталі сілікомішметалом підвищує холодостійкість, зменшує чуттєвість сталі до старіння і може бути альтернативою до глибокого рафінування. The influense of the various silicon misch metal and calcium compounds on the nature and quantity of nonmetallic impurities in the large ingots was studied. Also properties of the modified constructional steel were examined. 2013 Article Повышение качества крупных стальных слитков модифицированием комплексными сплавами с кальцием и РЗМ / Ю.Я. Скок // Процессы литья. — 2013. — № 1. — С. 33-38. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. 0235-5884 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/131116 621.746.58:669.15.194.412 ru Процессы литья 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 |
| topic |
Кристаллизация и структурообразование сплавов Кристаллизация и структурообразование сплавов |
| spellingShingle |
Кристаллизация и структурообразование сплавов Кристаллизация и структурообразование сплавов Скок, Ю.Я. Повышение качества крупных стальных слитков модифицированием комплексными сплавами с кальцием и РЗМ Процессы литья |
| description |
Изучено влияние различных составов силикомишметалла с кальцием на природу и количество неметаллических включений в крупных слитках, а также свойства модифицированной конструкционной стали. |
| format |
Article |
| author |
Скок, Ю.Я. |
| author_facet |
Скок, Ю.Я. |
| author_sort |
Скок, Ю.Я. |
| title |
Повышение качества крупных стальных слитков модифицированием комплексными сплавами с кальцием и РЗМ |
| title_short |
Повышение качества крупных стальных слитков модифицированием комплексными сплавами с кальцием и РЗМ |
| title_full |
Повышение качества крупных стальных слитков модифицированием комплексными сплавами с кальцием и РЗМ |
| title_fullStr |
Повышение качества крупных стальных слитков модифицированием комплексными сплавами с кальцием и РЗМ |
| title_full_unstemmed |
Повышение качества крупных стальных слитков модифицированием комплексными сплавами с кальцием и РЗМ |
| title_sort |
повышение качества крупных стальных слитков модифицированием комплексными сплавами с кальцием и рзм |
| publisher |
Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України |
| publishDate |
2013 |
| topic_facet |
Кристаллизация и структурообразование сплавов |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/131116 |
| citation_txt |
Повышение качества крупных стальных слитков модифицированием комплексными сплавами с кальцием и РЗМ / Ю.Я. Скок // Процессы литья. — 2013. — № 1. — С. 33-38. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
| series |
Процессы литья |
| work_keys_str_mv |
AT skokûâ povyšeniekačestvakrupnyhstalʹnyhslitkovmodificirovaniemkompleksnymisplavamiskalʹciemirzm |
| first_indexed |
2025-07-09T14:48:12Z |
| last_indexed |
2025-07-09T14:48:12Z |
| _version_ |
1837181168335716352 |
| fulltext |
ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2013. № 1 (97) 33
КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ И СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЕ СПЛАВОВ
УДК 621.746.58:669.15.194.412
Ю. Я. Скок
Физико-технологический институт металлов и сплавов НАН Украины, Киев
ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА КРУПНЫХ СТАЛЬНЫХ СЛИТКОВ
МОДИФИЦИРОВАНИЕМ КОМПЛЕКСНЫМИ СПЛАВАМИ
С КАЛЬЦИЕМ И РЗМ
Изучено влияние различных составов силикомишметалла с кальцием на при роду и количе-
ство неметаллических включений в крупных слитках, а также свойства мо дифицированной
конструкционной стали.
Ключевые слова: модифицирование, микролегирование, химическая неоднородность,
неметаллическое включение, пластичность.
Досліджено вплив різного складу сілікомішметаллу з кальцієм на природу та кількість немета-
левих включень в крупних зливках і властивості модифікованої конструкційної сталі. Показано,
що модифікація сталі сілікомішметалом підвищує холодостійкість, зменшує чуттєвість сталі
до старіння і може бути аль тернативою до глибокого рафінування.
Ключові слова: модифікування, мікролегування, хімічна неоднорідність, неметалеве вклю-
чення, пластичність.
The influense of the various silicon misch metal and calcium compounds on the nature and
quantity of nonmetallic impurities in the large ingots was studied. Also properties of the modified
constructional steel were examined.
Keywords: modification, microalloying, chemical heterogeneity, nonmetallic impurity, plasticity.
С повышением единичной мощности энергоагрегатов увеличиваются масса и га-
баритные размеры применяемых деталей, а следовательно, и масса слитков.
Известно, что с увеличением массы слитка развиваются дендритная и зональная
ликвации, ухудшается макроструктура, укрупняются неметаллические включения и
скапливаются в ликвационных зонах слитка, снижается стабильность механических
свойств по сечению поковки.
Для уменьшения развития перечисленных дефектов используют различные
способы повышения качества крупных стальных слитков, которые можно условно
34 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2013. № 1 (97)
Кристаллизация и структурообразование сплавов
разделить на четыре группы: применение чистой шихты и различных методов ра-
финирования стали; влияние затвердевания слитка на теплофизические условия;
воздействие внешних силовых полей на затвердевающий слиток; микролегирование
и модифицирование.
Одним из перспективных и сравнительно экономных способов повышения ка-
чества стали является модифицирование комплексными сплавами, содержащими
редкоземельные (РЗМ) и щелочноземельные (ЩЗМ) металлы [1].
Применение РЗМ в виде ферроцерия или мишметалла для модифицирования
стали приводит к образованию цериевой неоднородности («черные» или «рыжие»
пятна), представляющей скопление оксисульфидов РЗМ в столбчатой зоне слитка
и зоне конуса осаждения.
В работе приведены результаты исследований по влиянию модифицирования
комплексными сплавами типа силикомишметалл на качество крупных кузнечных
слитков легко легированной стали массой 20,1-160 т*. Испытывали силикомишме-
талл различного состава: Сиитмиш, ФСМИ, Сцемиш [2].
Содержание основных компонентов следующее (%): РЗМ − 9,1-41,5; кремний
− 37,0-55,1; алюминий − 4,9-8,2; кальций − 1,33-7,5; магний − 0,26-3,3; железо −
остальное.
Испытание эффективности модифицирования проводили на стали марок
10ГН2МФА, 16ГНМА, 25ХЗМФА, 20ГС, 20ГСН, 22ХЗМ и 15Х2МФА.
Сталь выплавляли по действующей технологии в мартеновской печи (основной
или кислой), а также на установке внепечного рафинирования и вакуумирования
(УВРВ) по методу АSEA-SКF. Масса плавок составляла 130-140 т. На мартеновской
печи модификаторы вводили в ковш после присадки всех раскислителей и выпуска
примерно половины плавки, на УВРВ − в металлических банках на штанге методом
погружения. Слитки из модифицированной стали и аналогичные из контрольной
проходили технологический цикл обработки. Для оценки качества металла собрали
данные сдаточного контроля по макроструктуре, ультразвуковому контролю, ме-
ханическим свойствам, а также сведения по ковке. Для проведения специальных
испытаний отбирали дополнительные пробы, на которых изучали макроструктуру,
распределение по размерам неметаллических включений методом «Л» (ГОСТ
1778-70), исследовали природу и состав неметаллических включений металло-
графическим и микрорентгеноспектральным методами, определяли содержание
газов, изучали пластичность слитка при температуре горячей пластической де-
формации и вблизи солидуса, определяли работу развития трещины в широком
температурном диапазоне.
Испытания показали, что различные марки силикомишметалла при близком
химическом составе дают приблизительно одинаковые результаты.
В результате проведенных исследований установили, что оптимальным ком-
плексным сплавом применительно к крупным стальным слиткам является си-
ликомишметалл следующего химического состава (%): РЗМ − 20-30; кремний − 30-
45; алюминий − 3-5; кальций − 4-6; магний − 1,0-1,5; железо − остальное.
Модифицирование стали силикомишметаллом оптимального состава необхо-
димо рассматривать как эффективное средство снижения химической неоднород-
ности и улучшения макроструктуры, изменения состава, измельчения и улучшения
распределения неметаллических включений, повышения хладостойкости стали,
увеличения работы распространения трещины. Благоприятные изменения структуры
слитка и свойств стали происходят при определенном соотношении активных эле-
ментов модификатора (РЗМ, кальция) и вредных примесей стали (серы, кислорода).
*В работе принимали участие В. Е. Ключарев, Г. А. Лубенец, З. Л. Козлова
ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2013 № 1 (97) 35
Кристаллизация и структурообразование сплавов
Для гарантированного повышения химической однородности крупного слитка
и улучшения макроструктуры заготовок необходимо отношение РЗМ/S ≥ 2 [3]. Это
достигается введением в сталь модификатора в количестве 1,5-2,0 кг/т (из расчета
не менее 0,5 кг РЗМ на 1 т стали).
При недостаточном количестве введенного в сталь комплексного сплава резуль-
таты модифицирования получаются нестабильными. При расходе модификатора
2,0-2,5 кг/т (0,6-0,7 кг РЗМ на 1 т стали) химическая неоднородность снижается на
1,5-2,0 балла по шкале НКМЗ. При использовании комплексных сплавов с содер-
жанием РЗМ > 35 % и при расходе модификатора в количестве > 2 кг/т сталь хуже
разливается из-за затягивания стакана в разливочном ковше.
Измельчение неметаллических включений, изменение природы и улучшение
распределения их в слитке происходят в том случае, если активные элементы
модификатора (РЗМ и кальций) входят в состав включений. РЗМ и кальций в про-
цессе кристаллизации модифицированной стали вследствие малого коэффициента
распределения (К < 0,01) выделяются из поверхности растущих кристаллов с об-
разованием твердых соединений. Частички твердых фаз захватываются растущими
кристаллами. Равномерное распределение ликвирующих элементов (в первую
очередь, серы) в микромасштабе кристаллов приводит к повышению химической
однородности в крупном слитке.
Известно, что критическая скорость роста кристаллов, необходимая для захвата
твердых частиц, составляет 10-5 см/мин, то есть намного меньше скорости роста
кристаллов в центральных зонах крупного слитка. Таким образом, для равномерного
распределения включений в слитке задача сводится к получению их в твердом виде
в идеальном случае перед фронтом растущих кристаллов.
При введении в сталь небольших количеств комплексных сплавов (около 1 кг/т)
активные элементы модификатора приводят к изменению состава оксидной фазы,
то есть вызывают более глубокое раскисление стали. Характерными типами неме-
таллических включений в стали, модифицированной по оптимальному варианту,
являются дисперсные глобулярные оксиды в сульфидных оболочках. В результате
модифицирования происходит количественное перераспределение природы не-
металлических фаз: количество сульфидов уменьшается в 2-5 раз, а количество
оксисульфидов повышается.
На рис. 1 приведено усредненное (десять слитков) распределение загрязнен-
ности неметаллическими включениями стали 16ГНМА по размерным группам в
зависимости от количества введенного сплава Сиитмиш. Содержание неметалличе-
ских включений определяли в пробах от листов толщиной 120 мм, изготовленных из
слитков массой 20,1-33,9 т. С повышением количества модификатора максимальный
индекс загрязненности оксисульфидными включениями (типичный размер оксисуль-
фидов) сдвигается в сторону меньших размеров, поэтому обработку комплексными
сплавами следует рассматривать как рациональное модифицирование.
Мелкие (до 5 мкм) равномерно распределенные включения не оказывают
отрицательного влияния на качество стали. Исследования показали, что моди-
фицирование стали комплексными сплавами оказывает небольшое влияние на
механические свойства при комнатной температуре. При одинаковой прочности
и комнатной температуре в модифицированной стали наблюдается тенденция к
повышению пластичности и ударной вязкости, при этом повышается стабильность
свойств поковок. Наибольшее положительное влияние модифицирование оказывает
на ударную вязкость при отрицательных температурах, переходную температуру
хрупкости, а также на чувствительность стали к старению. Ударная вязкость стали
16ГНМА в результате деформационного старения снижается на 20-40 %, модифи-
цированной − лишь на 5-15 %.
36 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2013. № 1 (97)
Кристаллизация и структурообразование сплавов
0,9
0,1
0,3
0,5
0,7
I о
кс
и
су
ль
ф
и
д
о
в,
х
1
0
-4
2
1
3
1,7
I с
ул
ьф
и
д
о
в,
х
1
0
-4
1,5
0,7
0,9
1,1
1,3
0,1
0,3
0,5
1,2 8,8 17,5 27,5 37,5 47,5 57,5
2
Размер включений, мк
3
1
Рис. 1. Влияние модифицирования сплавом Сиитмиш на загрязнен-
ность стали 16ГНМА неметаллическими включениями: 1 − контроль-
ная; 2 − модифицированная 1,4 кг/т; 3 − модифицированная 2 кг/т
ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2013 № 1 (97) 37
Кристаллизация и структурообразование сплавов
Переходная температура хрупкости, среди которых главными являются: содержа-
ние примесей (газы и другие элементы, образующие твердые растворы внедрения),
тип, количество, размеры и распределение неметаллических включений, однород-
ность структуры, дисперсность структурных составляющих и др. Модифицирование
практически не оказывает влияния на содержание водорода и азота в стали, а также
кислорода в раскисленной стали почти не меняется.
Модифицирование влияет на природу, размеры и распределение неметалличе-
ских включений в стали. Переходная температура хрупкости снижается, в результате
модифицирования смещается в сторону отрицательных температур на 15-30 °С.
Переходная температура хрупкости уменьшается с увеличением количества вво-
димого модификатора. При этом уменьшается разброс значений tко.
В настоящее время получили распространение методы испытаний ударных об-
разцов с заранее нанесенной трещиной (ГОСТ 9454-78), в которых характеристикой
чувствительности к хрупкому разрушению принята работа распространения трещи-
ны КСТ. Уровень КСТ характеризует запас работоспособности изделий с дефектом.
Испытания показали (рис. 2), что основная мартеновская сталь 10ГН2МФА, моди-
фицированная по оптимальному варианту, по работе распространения трещины
приближается к стали, обработанной на установке УВРВ и модифицированной
мишметаллом в количестве 1 кг/т.
Выводы
• Модифицирование конструкционной стали силикомишметаллом с кальцием и
РЗМ приводит к более глубокому раскислению металла.
• Содержание неметаллических включений и химическая неоднородность крупных
слитков снижаются на 1,5-2,0 балла.
• Повышается хладостойкость и снижается чувствительность модифицированной
стали к старению.
24
20
16
12
8
4
0 -40 -20 0 20 40 60 80 100
1
2
3
4
5
Температура, 0С
К
С
Т,
к
гс
/с
м
2
Рис. 2. Зависимость работы распространения трещины в стали
10ГН2МФА от температуры: 1 − контрольная; Сиитмиш: 2 − 1,13 кг/т;
3 − 1,59 кг/т; 4 − 1,87 кг/т; 5 − обработанная на УВРВ
38 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2013. № 1 (97)
Кристаллизация и структурообразование сплавов
1. Сплавы редкоземельных металлов / Е. М. Савицкий, В. Ф. Терехова, И. В. Буров и др. − М.:
Изд-во АН СССР, 1962. − 267 с.
2. Ключарев В. Е., Скок Ю. Я. Перспективные материалы и технологические процессы в энер-
гомашиностроении: Реферативный сборник. − М.: НИИИнформэнергомаш, 1981. − С. 3-8.
3. Критерии для равномерного распределения сульфидов РЗЭ при кристаллизации больших
слитков высокопрочной листовой стал / А. Еджима, Т. Эмми, К. Сузуки и др. //Процессы рас-
кисления и образования неметаллических включений в стали. − М.: Наука, 1977. − С. 108-127.
Поступила 24.10.2012
УДК 669.017.16: 537.528
В. Н. Цуркин, А. В. Синчук, Н. А. Федченко,
Kyung-Hyun Kim*
Институт импульсных процессов и технологий НАН Украины, Николаев
*Корейский институт материаловедения,,Чангвон
СОВМЕСТНОЕ ВЛИЯНИЕ ФОСФОРА И
ЭЛЕКТРОГИДРОИМПУЛЬСНОЙ ОБРАБОТКИ РАСПЛАВА
НА СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА ЗАЭВТЕКТИЧЕСКОГО
СИЛУМИНА А390
Исследованы включения первичного кремния и механические свойства заэвтектического
силумина А390 после модифицирования фосфором в количестве 0,03-0,07 %, а также по-
сле дополнительной электрогидроимпульсной обработки (ЭГИО) расплава. За счет такого
комплексирования предел прочности сплава увеличивается до 209 МПа, а относительное
удлинение − до 1,2 %. Методом «стоп-закалки» в температурном интервале 800-574 оС по-
казано, что механизмы ограничения роста структурных составляющих сплава закладываются
ЭГИО на стадии жидкого состояния.
Ключевые слова: заэвтектический силумин, первичный кремний, модифицирование,
электрогидроимпульсная обработка, метод «стоп-закалка».
Досліджено включення первинного кремнію та механічні властивості заевтектичного силуміну
А390 після модифікування фосфором в кількості 0,03-0,07 %, а також після додаткової елек-
трогідроімпульсної обробки (ЕГІО) розплаву. Шляхом такого комплексування межу міцності
|