Улучшения структуры и повышения механических свойств стальных отливок является внепечное модифицирование расплава в ковше или форме комплексными модификаторами
| Вид материала | Документы |
- Кристаллизация, структурно-химическое модифицирование и адсорбционные свойства цеолитов, 258.46kb.
- Исследование взаимосвязи структуры, твердости и магнитных свойств отливок из высокопрочного, 105.88kb.
- Инженерные методы улучшения свойств грунтов, 142.51kb.
- Темы: Оборудование для приготовления и обработки расплава: Печи, 126.72kb.
- Темы рефератов по курсу Конструкционная прочность и ее физические основы, 79.13kb.
- Исследование процессов формирования крупногабаритных тонкостенных стальных отливок, 24.28kb.
- Изменения структуры и свойств цементных композитов под влиянием углеродных наномодификаторов, 69.63kb.
- Л. Г. Шуб (ооо нпп технология) Разработка технологии модифицирования стали включает, 77.82kb.
- Cx-x электроразрядная обработка порошков твердых сплавов с целью изменения структуры, 33.2kb.
- В. А. Изосимов (чгау) Р. Г. Усманов (нпп «Технология», Челябинск) Дефекты структуры, 68.7kb.
Аникеев В.В.
ПРОМЫШЛЕННЫЕ ИСПЫТАНИЯ МОДИФИКАТОРОВ ПРИ ВНЕПЕЧНОМ МОДИФИЦИРОВАНИИ УГЛЕРОДИСТЫХ, НИЗКОЛЕГИРОВАННЫХ, МАРГАНЦОВИСТЫХ И КОРРОЗИОННОСТОЙКИХ СТАЛЕЙ В УСЛОВИЯХ ОАО «САМАРСКИЙ СТАЛЕЛИТЕЙНЫЙ ЗАВОД»
(ГОУВПО «Самарский государственный технический университет, ОАО «Самарский сталелитейный завод», Самарское региональное отделение Российской ассоциации литейщиков, г. Самара)
Одним из способов улучшения структуры и повышения механических свойств стальных отливок является внепечное модифицирование расплава в ковше или форме комплексными модификаторами.
В ОАО «Самарский сталелитейный завод» провели промышленные испытания модификаторов НПП «Технология» при внепечном модифицировании углеродистых, низколегированных, марганцовистых и коррозионностойких сталей.
Марки и химический состав модификаторов приведены в таблице 1.
Таблица 1
| Марка модификатора | Si | Ca | РЗМ | Al | Mg | Ti | Ba | Fe |
| FeSiCa12-77Ti3Mg | 42,0 | 11,5 | 7,0 | 7,2 | 2,2 | 3,0 | - | 27,1 |
| FeSiCa12-77Ba3Mg | 42,1 | 12,7 | 8,6 | 7,0 | 2,3 | - | 3,8 | 23,5 |
Фракция модификатора с титаном – 1…20 мм, с барием – 1…10 мм.
Основное назначение и химический состав исследованных сталей по ГОСТ 977-88 «Отливки стальные. Общие технические условия» приведены в таблице 2.
Таблица 2
| Марка стали | Основное назначение | Массовая доля элемента, % | |||||||||
| C | Si | Mn | Cr | Ni | Ti | S | P | Cu | Mo | ||
| 35Л | Конструкцион-ная нелегированная | 0,29-0,42 | 0,12-0,62 | 0,35-1,08 | ≤0,80 | ≤0,80 | - | ≤0,020 | ≤0,039 | ≤0,30 | - |
| 40ХНЛ | Конструкцион-ная легированная | 0,35-0,45 | 0,20-0,50 | 0,40-0,90 | 0,50-0,80 | 1,0-1,50 | - | ≤0,040 | ≤0,040 | - | - |
| 35ХН2МЛ | Конструкцион-ная легированная | 0,20-0,40 | 0,25-0,45 | 0,60-0,90 | 0,50-0,80 | 1,30-1,70 | - | ≤0,025 | ≤0,025 | - | 0,20-0,30 |
| 110Г13Л | Износостойкая | 0,90-1,50 | 0,30-1,0 | 11,50-15,0 | ≤1,0 | ≤1,0 | - | ≤0,050 | ≤0,12 | - | - |
| 12Х18Н9ТЛ | Коррозионно-стойкая | ≤0,12 | 0,2-1,0 | 1,0-2,0 | 17,0-20,0 | 8,0-11,0 | 5·С-0,70 | ≤0,030 | ≤0,035 | - | - |
| 12Х18Н12М3ТЛ | Коррозионно-стойкая | ≤0,12 | 0,2-1,0 | 1,0-2,0 | 16,0-19,0 | 11,0-13,0 | 5·С-0,70 | ≤0,030 | ≤0,035 | - | 3,0-4,0 |
Испытания модификаторов проводили на промышленных плавках с дуговой сталеплавильной печи ДСП-1,5 по 7 – 10 плавок каждой марки стали. Технологию плавки стали не меняли. Модифицирование проводили в ковше и форме.
Д
ля исследования технологии модифицирования и влияния модификаторов на качество стальных отливок была специально изготовлена деревянная модель отливки–представителя (рисунки 1, 2).
Размеры моделей в плане: массивной части 160×160 мм, второй части - 140×60 мм, высота – 120 мм; размер прибыли в плане 200×100 мм, высота – 300 мм. Масса отливки составляла 32 кг (24 кг + 8 кг), масса прибыли – 47 кг; общая масса отливки вместе с прибылью – 79 кг.
По принятой на заводе технологии готовили форму ручной формовкой для заливки 3-х отливок-представителей. Заливку подготовленной формы проводили в следующей последовательности: 1-я отливка – серийная заливка, 2-я – с модифицированием в форме, 3-я – с модифицированием в ковше. Количество вводимого модификатора при модифицировании в форме брали из расчета 1,5 кг/т (1,5г/кг), при модифицировании в ковше – 2,0 кг/т (2,0 г/кг).
При модифицировании в форме модификатор подавали на струю металла с помощью металлического желоба длиной 1,5 м путем его наклона к прибыли и периодического встряхивания. Модификатор перед подачей равномерно распределяли по желобу на длину 150…200 мм от его рабочего конца. Подачу модификатора прекращали за 4…8 секунд до окончания заливки.
При модифицировании в ковше модификатор (его количество определяли на каждой плавке, исходя из количества оставшегося металла в ковше) вводили в металл в упакованном виде (лист жести) на металлическом прутке путем помешивания.
Варианты модифицирования представлены в таблице 3.
Таблица 3
| Марка стали | Модифицирование в ковше | Модифицирование в форме |
| 35 Л | FeSiCa12-77Ti3Mg | FeSiCa12-77Ti3Mg |
| 40ХНЛ | FeSiCa12-77Ti3Mg | FeSiCa12-77Ti3Mg |
| 32ХН2МЛ | FeSiCa12-77Ba3Mg | - |
| 110Г13Л | FeSiCa12-77Ba3Mg | FeSiCa12-77Ti3Mg |
| 12Х18Н9ТЛ | FeSiCa12-77Ba3Mg | - |
| 12Х18Н12М3ТЛ | FeSiCa12-77Ba3Mg | FeSiCa12-77Ba3Mg |
Анализ химического состава стали из отливок показывает, что при модифицировании он не меняется, в том числе по вредным примесям, сере и фосфору.
Отличия в микроструктуре модифицированного и немодифицированного металла не отмечены (рисунки 3, 4), однако, на отдельных образцах модифицированного металла наблюдается измельчение зерен феррита и меньшее количество ферритной фазы.
Результаты исследования механических свойств отливок (средние значения по 7…10 плавкам каждой марки стали) приведены в таблице 4 и на рисунках. 5 – 10.
Таблица 4
| Марка стали | Обработка | σв, МПа | σт, МПа | δ, % | ψ, % | KCU, кДж/м2 | НВ | Балл по микро-структуре | Склон-ность к МКК |
| 35Л | Нормы ГОСТ | 491 | 275 | 15 | 25 | 343 | - | - | - |
| Серийная заливка | 512 | 338 | 26,8 | 52 | 531 | 179 | - | - | |
| Модифицирование в ковше (с титаном) | 689 | 497 | 19,6 | 55,6 | 857 | 187 | - | - | |
| Модифицирование в форме (с титаном) | 710 | 495 | 18,0 | 49,0 | 674 | 187 | - | - | |
| 40ХНЛ | Нормы ГОСТ | 672 | 481 | 12 | 25 | 343 | - | - | - |
| Серийная заливка | 962 | 670 | 14,4 | 38 | 605 | 255 | - | - | |
| Модифицирование в ковше (с титаном) | 975 | 681 | 13,6 | 45 | 616 | 255 | - | - | |
| Модифицирование в форме (с титаном) | 930 | 648 | 12,4 | 29 | 725 | 269 | - | - | |
| 35ХН2МЛ | Нормы ГОСТ | 780 | 690 | 10 | 20 | 39 | 229-285 | - | - |
| Серийная заливка | 920 | 756 | 10,8 | 21,7 | 45 | 253 | - | - | |
| Модифицирование в ковше (с барием) | 1010 | 843 | 12,4 | 23 | 51 | 275 | - | - | |
| 110Г13Л | Нормы ГОСТ | - | - | - | - | кгс/мм27 | 156-230 | 1-8 | - |
| Серийная заливка | - | - | - | - | 12,1 | 220 | 1-4 | - | |
| Модифицирование в ковше (с барием) | - | - | - | - | 33,5 | 257 | 1-3 | - | |
| Модифицирование в форме (с титаном) | - | - | - | - | 16,6 | 209 | 1-3 | - | |
| 12Х18Н9ТЛ | Нормы ГОСТ | 441 | 196 | 25 | - | 590 | - | - | - |
| Серийная заливка | 541 | 346 | 56 | - | 1210 | - | - | Не склон-ная | |
| Модифицирование в ковше (с барием) | 562 | 370 | 58 | - | 1334 | - | - | Не склон-ная | |
| 12Х18Н12М3ТЛ | Нормы ГОСТ | 441 | 216 | 25 | - | 590 | - | - | - |
| Модифицирование в ковше (с барием) | 542 | 338 | 40 | - | 1180 | - | - | Не склон-ная | |
| Модифицирование в форме (с барием) | 554 | 341 | 40,4 | - | 928 | - | - | Не склон-ная |
 |
| Р и с. 5 |
Анализ полученных данных показывает, что независимо от выбранного способа ввода модификатора и его марки, механические свойства отливок из углеродистых и низколегированных сталей в сравнении с нормами ГОСТ 977-88 возросли в среднем на 40…80% (при модифицировании FeSiCa12-77Ti3Mg) и на 20…25% (при модифицировании FeSiCa12-77Ba3Mg). На марганцовистой стали отмечено значительное увеличение ударной вязкости KCU при модифицировании в ковше FeSiCa12-77Ba3Mg – в 4 раза, при модифицировании в форме FeSiCa12-77Ti3Mg – в 2 раза. На коррозионностойких сталях модифицирование проводили FeSiCa12-77Ba3Mg, и показатели механических свойств отливок превышают нормы ГОСТ 977-88 в среднем на 30 – 70%. Механические свойства модифицированного металла независимо от марки стали в сравнении с теми же показателями металла серийной заливки несколько выравниваются, но остаются более высокими в среднем на 20…30% за исключением относительного удлинения δ на стали 35Л, относительного сужения ψ при модифицировании в форме стали 40ХНЛ (в обоих случаях использовали модификатор FeSiCa12-77Ti3Mg), и ударной вязкости KCU на стали 12Х18Н12М3ТЛ при модифицировании в форме FeSiCa12-77Ba3Mg, которые ниже в среднем на 25%. Отмечено незначительное понижение твердости НВ на стали 110Г13Л (обработка обоими модификаторами) в среднем на 10%.
Анализ микроструктуры марганцовистой стали показал, что балл по микроструктуре при модифицировании снижается на 1…2 единицы; коррозионностойкие стали не подвержены межкристаллитной коррозии.
Вторым этапом данной работы явилось исследование влияния модифицирования на качество серийно выпускаемых стальных отливок. Учитывая, что модифицирование стали в ковше является более технологичным и легко выполнимым процессом, чем модифицирование в форме, сталь для промышленных отливок модифицировали в ковше путем присадок модификатора FeSiCa12-77Ti3Mg на струю металла в 3…4 приема после наполнения ковша на 1/4 …1/3 его высоты. При этом расход модификатора увеличивали до 2,2…2,3 кг/т.
Следует отметить, что модифицирование в ковше является более предпочтительным, так как обработке подвергается весь объем расплава, при этом скорость расплавления и равномерность распределения модификатора в объеме жидкой стали повышаются.
Модифицированию подвергали сталь марок 35Л и 45Л, занимающих больший объем в номенклатуре изготавливаемых отливок. При этом исследовали механические свойства отливок на клиновидных образцах (для сравнения провели статистический анализ серийных плавок за 3 месяца того же периода и экономическую эффективность процесса модифицирования).
Результаты исследования механических свойств отливок (средние значения по 7 плавкам каждой марки стали) приведены в таблице 5 и на рисунках 11 – 15.
Таблица 5
| Марка стали | Обработка | σв, МПа | σт, МПа | δ, % | KCU, кДж/м2 |
| 35Л | Нормы ГОСТ 977-88, не менее | 491 | 275 | 15 | 343 |
| Серийная заливка | 643 | 395 | 19,8 | 410 | |
| Модифицирование в ковше | 687 | 420 | 22,2 | 496 | |
| 45Л | Нормы ГОСТ 977-88, не менее | 540 | 314 | 12 | 294 |
| Серийная заливка | 677 | 340 | 16,7 | 340 | |
| Модифицирование в ковше | 749 | 372 | 20,4 | 375 |
Анализ полученных данных показывает, что модифицирование стали в ковше приводит к повышению в сравнении с нормами ГОСТ 977-88 предела прочности при растяжении σв на 39…40%, предела текучести σт – на 53% (сталь 35Л) и на 18% (сталь 45Л), относительного удлинения δ – на 48% и 70% (стали 35Л и 45Л), ударной вязкости KCU – на 45% и 27% соответственно. В сравнении с серийными плавками механические свойства модифицированного FeSiCa12-77Ti3Mg металла выше в среднем на 6…11% (σв, σт) и на 10…22% (δ, KCU). Достаточно высокое превышение значений механических свойств модифицированной стали над нормами ГОСТ 977-88 и улучшение их показателей в сравнении с серийным металлом позволяют сделать вывод о повышении эксплуатационной стойкости отливок из модифицированной стали.
Анализ калькуляций себестоимости отливок из немодифицированной и модифицированной стали показывает, что использование модификаторов приводит к увеличению прямых затрат на 0,2…0,3%, что мало влияет на себестоимость отливок.
Общие выводы.
1. На ОАО «Самарский сталелитейный завод» проведены промышленные испытания модификаторов НПП «Технология» при внепечном модифицировании углеродистых, низколегированных, марганцовистых и коррозионностойких сталей.
2. Модифицирование проводили в ковше и форме с расходом модификаторов соответственно 2,0 кг/т и 1,5 кг/т.
3. Исследовали влияние модифицирования на химический состав стали, микроструктуру, склонность к межкристаллитной коррозии (коррозионностойкие стали) и механические свойства отливок.
4. Установлено, что модифицирование не влияет на химический состав стали, в том числе на содержание вредных примесей серы и фосфора.
5. Установлено, что при модифицировании наблюдается измельчение зерен феррита и уменьшение количества ферритной фазы. На марганцовистой стали балл по микроструктуре снижается на 1…2 единицы. Коррозионностойкие стали не подвержены межкристаллитной коррозии.
6. Установлено, что модифицирование приводит к значительному повышению механических свойств отливок (до 80%) в сравнении с нормами ГОСТ 977-88. Механические свойства отливок из модифицированного металла в сравнении с металлом серийной заливки несколько выравниваются, но остаются более высокими на 20…30%.
7. Использование модификаторов практически не влияет на себестоимость отливок.