Delist.ru

Создание интегральной технологии изготовления крупных слитков и поковок из них для повышения ресурса и конкурентоспособности ответственных изделий (07.09.2007)

Автор: Дурынин Виктор Алексеевич

2,0 3,2 7,3 0,4 10,9

В обычной основной мартеновской стали 10ГН2МФА критическая температура хрупкости колеблется в пределах от -10?С до – 30?С, а в модифицированной стали положение ее более стабильно и она снижается на 15-25?С в сторону более низких температур (рис. 4).

В результате модифицирования стали комплексными сплавами из расчета остаточного содержания РЗМ в металле к сере ?РЗМ/S?2 произошло снижение химической неоднородности и улучшение макроструктуры крупных кузнечных слитков массой до

200т. Снижение химической неоднородности и улучшение макроструктуры поковок обнаружено на сталях марок 10ГН2МФА, 16ГНМА, 25Х3МФА, 15Х2МФА.

Рис.4 Влияние количества введенного

модификатора Сиитмаш-3 на критическую

температуру хрупкости стали 10ГН2МФА.

Исследование влияния способа диффузионного раскисления стали 15Х2НМФА порошковым алюминием через шлак показало, что при этом происходит значительное измельчение оксидных неметаллических включений. Основным видом включений, загрязняющих сталь, являются шпинели алюминатного типа: магнезиальная MgO·Al2O3 и ?-кальциевый глинозем (CaO·6Al2O3). Они располагаются в скоплениях мелких от 5мкм кристаллах, в строчках вытянутых в направлении деформации. Произошло уменьшение количества включений типа глиноземной шпинели, корунда и сложных алюмосиликатов кальция. Размеры строчек, скоплений и сложных по составу частиц уменьшились. Характер распределения включений алюминатного и силикатного типов по высоте слитка не изменился. Наибольшее количество алюминатов наблюдается в нижней части слитка, а количество силикатов увеличивается к верху. В верхней части слитка включения сопровождаются сульфидами марганца в незначительных количествах – до 5% от площади отдельных включений в скоплении. Встречаются также отдельные вытянутые эвтектические сульфиды марганца.

Внедрение способа диффузионного раскисления порошкообразным алюминием в процессе внепечной обработки привело к измельчению неметаллических включений алюминатного типа. Значительно уменьшились размеры сложных оксисульфидов. Строчки и скопления мелких включений вытянуты в направлении деформации.

Донная часть (конус осаждения) сильнее загрязнена оксидными неметаллическими включениями, чем верхняя подприбыльная часть слитков. Содержание кислорода в нижней части слитка – 0,0100%, в верхней – около 0,0020%. Массовое количество оксидных неметаллических включений в нижней части слитка составило– 0,0140-0,0180%, в верхней – 0,0040%

Наличие включений периклаза MgO, не прореагировавших с алюминием, в пробах металла, отобранных перед выездом на разливку, говорит о преимущественно механическом разрушении футеровки ковша. Это наблюдение подтверждается тем, что включений чистой MgO больше в металле, обработанном в ковше с новой неошлакованной футеровкой.

В главе также рассмотрен механизм образования флокенов и поведения водорода при обработке в агрегатах печь-ковш.

Флокен - это хрупкая внутризеренная трещина в виде оторочки (кольца) с радиально направленными рубцами от коллектора водорода. Флокены являются опасными саморазвивающимися при эксплуатации дефектами. В изломе флокены выявляются в виде светлых пятен округлой или овальной формы с кристаллической поверхностью серебристого или светлого оттенка в зависимости от марки стали и продолжительности образования дефекта. Светлые пятна в изломах следует разделить на трещины с зеркальным блеском (рис. 5, а), грубые скопления неметаллических включений округлой формы (рис. 5, б) и флокены (рис. 5, в, г)

В результате изучения микрорельефа разрушения флокенов было установлено, что все выявленные флокены, в том числе и флокены, образовавшиеся при механических испытаниях, имеют один механизм развития. Они развиваются радиально направленно от коллектора водорода по хрупкому внутризеренному механизму, а именно, вокруг коллектора водорода, имеющего обычно неправильную форму, образуется хрупкая внутризеренная радиально направленная от коллектора трещина, которая обусловливает округлую форму флокена в изломе.

Размеры флокенов могут быть от десятков микрон (микрофлокены < 1мм) до 40-60мм.

Выявленные коллекторы водорода можно разделить на три группы по времени образования их в металле.

1. Кристаллизационного и металлургического происхождения, к которым относятся единичные сульфиды марганца и их скопления, единичные оксиды и их скопления, газовые поры, усадочные дефекты, а также горячие кристаллизационные трещины напряжения.

2. Холодные трещины напряжения, образовавшиеся после ковки или в процессе термической обработки.

3. Трещины-флокены, которые явились коллекторами водорода для новых флокенов.

В производственных условиях по частоте случаев неметаллические включения (единичные и скопления), как коллектор водорода, занимают первое место, на втором месте - усадочные дефекты.

Таким образом, причиной образования флокенов является повышенное содержание водорода и наличие растягивающих напряжений, когда любой металлургический дефект стали может стать коллектором молекулярного водорода, который при последующих нагревах и охлаждении из коллекторов не уходит, а собирает вокруг себя диффузионно-подвижный атомарный водород, охрупчивая матрицу.

При эксплуатации изделия молекулярный водород, имеющийся в коллекторах, и добавочные эксплуатационные напряжения (циклические и динамические нагрузки) могут привести к образованию в изделиях эксплуатационных флокенов. В свою очередь эксплуатационные флокены — это причина возникновения очагов разрушения изделия в процессе эксплуатации. Поэтому появление флокенов механических испытаний должно служить сигналом для проверки примененной технологии производства заготовок и узлов агрегатов.

В связи с тем, что частью флокена является хрупкая внутризеренная трещина, с позиции линейной механики разрушения чем ниже трещиностойкость стали, тем больше опасность образования флокенов механических испытаний и эксплуатационных флокенов в процессе работы оборудования.

Отсутствие флокенов во флокеночувствительной стали, особенно в крупных поковках, гарантируется при содержании водорода менее 2,0ррm.

Были исследованы факторы, определяющие содержание водорода в период от выпуска стали из сталеплавильной печи до окончания обработки в агрегатах внепечной обработки стали.

При использовании УВРВ сталь марки 14ГНМА выплавляли в основной мартеновской печи (0МП) с проведением глубокой дефосфорации и легированием никелем и молибденом по нижнему пределу их содержания. В УВРВ проводили глубокую десульфурацию, вакуумно-углеродное раскисление, дополнительное легирование и окончательное раскисление. Металл подогревали на стенде электронагрева и вакуумировали на вакуумном стенде при разрежении до 100Па. При подогреве и вакуумировании проводили продувку аргоном через дно ковша и/или электромагнитное перемешивание металла (ЭМП). При повторном подогреве металл корректировали по химическому составу, температуре и разливали на воздухе или в вакууме.

Сталь марки 14ГНМА, обработанная по схеме ОМП-УВРВ по сравнению с ОМП, характеризуется более, чем вдвое меньшим содержанием вредных примесей, газов и неметаллических включений.

Хотя сталь 14ГНМА, выплавленная в ОМП и ОМП - УВРВ, имеет практически одинаковые прочностные и пластические свойства при разных значениях температуры, ударная вязкость стали ОМП - УВРВ особенно при низкой температуре значительно выше (при - 40?С KCV ОМП-25 против ОМП-УВРВ-80Дж/см?).В табл.3-5 приведено содержание газов и неметаллических включениях в стали 14ГНМА, выплавленной по обеим вариантам.

Таблица З

Содержание газов в стали 14ГНМА, выплавленной в ОМП и ОМП-УВРВ

(среднее по десяти плавкам)

Метод выплавки Кислород, % Азот, % Водород, ppm

ОМП 0,0044 0,0015 4,5

ОМП-УВРВ 0,0027 0.0012 2,3

Таблица 4

Количество (п) и состав неметаллических включений в стали 14ГНМА, выплавленной в ОМП и ОМП-УВРВ (среднее по десяти плавкам)

Метод выплавки п, % Si02, % МпО,% FeO,% Al2O3,%

ОМП 0,0058 40,9 6,5 2,8 74,1

ОМП-УВРВ 0,0027 16,4 2,1 0,9 54.1

Таблица 5

загрузка...