Технология направленного формирования внутренней структуры литого металла

Разработана и испытана технология рафинирования и раскисления металла на начальной стадии доводки на УКП порошковой проволокой с наполнителем из смеси гранулированного алюминия и металлического кальция. Технология обеспечивает раннее формирование внутренней структуры литого металла со снижением в 2-...

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Опубліковано в: :Металл и литье Украины
Дата:2010
Автори: Переворочаев, Н.М., Крикунов, Б.П.
Формат: Стаття
Мова:Російська
Опубліковано: Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України 2010
Теми:
Онлайн доступ:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/49973
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:Технология направленного формирования внутренней структуры литого металла / Н.М. Переворочаев, Б.П. Крикунов // Металл и литье Украины. — 2011. — № 9-10. — С. 51-59. — Бібліогр.: 5 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
_version_ 1860068204057985024
author Переворочаев, Н.М.
Крикунов, Б.П.
author_facet Переворочаев, Н.М.
Крикунов, Б.П.
citation_txt Технология направленного формирования внутренней структуры литого металла / Н.М. Переворочаев, Б.П. Крикунов // Металл и литье Украины. — 2011. — № 9-10. — С. 51-59. — Бібліогр.: 5 назв. — рос.
collection DSpace DC
container_title Металл и литье Украины
description Разработана и испытана технология рафинирования и раскисления металла на начальной стадии доводки на УКП порошковой проволокой с наполнителем из смеси гранулированного алюминия и металлического кальция. Технология обеспечивает раннее формирование внутренней структуры литого металла со снижением в 2-6 раз количества неметаллических включений и образованием дендритной структуры с увеличением площади межосных участков и объема кристаллизующейся в них жидкости; улучшение технологических показателей доводки стали (снижение окисленности металла и шлака, увеличение скорости и степени десульфурации металла); повышение качества готового проката. Розроблено та випробувано технологію рафінування і доведення на УКП порошковим дротом з наповнювачем із суміші гранульованого алюмінію та металевого кальцію. Технологія забезпечує: раннє формування внутрішньої структури литого металу із зниженням у 2-6 разів кількості неметалевих включень і утворенням дендритної структури із збільшенням площі міжвісних ділянок та об’єму рідини, що в них утворюється; покращення технологічних показників доведення сталі (зниження окисленості металу та шлаку, збільшення швидкості та ступеня десульфурації металу). Technology of metal refining and deoxidation with powder-cored wire containing a mixture of granulated aluminum and calcium metal has been developed and tested. The processing occurred at the initial stage of ladle furnace finishing treatment. The technology secures early formation of the cast metal internal structure with 2-6 fold reduction in the quantity of non-metallic inclusions, dendritic structure with enlargement of interaxial space and liquid volumes, crystallizing in it; improvement of ladle furnace processability indexes of steel finishing (decreasing of the metal and slag oxidation level, increasing of the rate and extent of desulfurization).
first_indexed 2025-12-07T17:09:23Z
format Article
fulltext 51МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 9-10 (220-221) ’2011 УДК 669.18:621.7 Н. М. Переворочаев, Б. П. Крикунов Филиал «Металлургический комплекс» ПрАО «Донецксталь» – металлургический завод», Донецк Технология направленного формирования внутренней структуры литого металла Разработана и испытана технология рафинирования и раскисления металла на начальной стадии доводки на УКП порошковой проволокой с наполнителем из смеси гранулированного алюминия и металлического кальция. Технология обеспечивает раннее формирование внутренней структуры литого металла со снижением в 2-6 раз количества неметаллических включений и образованием дендритной структуры с увеличением площади межос- ных участков и объема кристаллизующейся в них жидкости; улучшение технологических показателей доводки стали (снижение окисленности металла и шлака, увеличение скорости и степени десульфурации металла); по- вышение качества готового проката. Ключевые слова: внутренняя структура, литой металл, неметаллические включения, порошковая проволока, алюмокальциевый наполнитель, раскисление, дендритная структура, межосные участки Введение Н аправленное формирование внутренней струк- туры литого металла (количества и формы не- металлических включений, микроструктуры) в современных условиях сталеплавильного про- изводства осуществляется, как правило, на заверша- ющей стадии доводки стали на установках доводки металла (УДМ) или ковш-печь (УКП) и при разливке на установке непрерывной разливки стали (УНРС). Для обеспечения эффективного снижения коли- чества неметаллических включений, получения их глобулярной формы и благоприятной микрострук- туры (дендритной и действительной) используются различные раскисляющие, микролегирующие и мо- дифицирующие добавки. Одним из основных компо- нентов и методов является использование (при обра- ботке металла на УКП) порошковой проволоки (ПП) с различными наполнителями. Изменение внутренней структуры литого метал- ла в период непосредственно перед и во время фор- мирования твердой фазы стали на УНРС в проме- жутке времени от конца обработки (доводки) на УКП до разливки, на наш взгляд, не всегда обеспечива- ет достаточный уровень качества готового проката. Одним из путей улучшения условий для надежного обеспечения конечных показателей качества явля- ется поэтапное формирование структуры литого ме- талла, начатое с ранней стадии его доводки по тем- пературе и химическому составу на УКП. Известна технология использования порошковой проволоки с наполнителем из алюминия и кальция. Данная проволока в основном применяется при вы- плавке бескремнистых марок стали взамен порошко- вой проволоки с силикокальцием [1]. Такой вариант технологии позволяет совместить процессы моди- фицирования и микролегирования стали кальцием и корректировку содержания алюминия. Особенностью алюмокальциевой проволоки является то, что в ка- честве наполнителя используется материал, состоя- щий из двух компонентов, причем температура плав- ления обоих компонентов ниже температуры жидкой стали (кальций – 851 °С, алюминий – 657 °С) [2]. Важным является то, что в процессе входа в рас- плавленный металл в момент расплавления метал- лической оболочки внутри ее должна быть сфор- мирована жидкая лигатура. Это достигается путем установления скорости ввода порошковой проволо- ки. При взаимодействии лигатуры с жидким метал- лом образуются различные кальций-алюминиевые соединения. В системе Ca-Al имеется несколько хи-Ca-Al имеется несколько хи--Al имеется несколько хи-Al имеется несколько хи- имеется несколько хи- мических соединений, при этом конгруэнтно плавит- ся при температуре 1079 °С только CaAl2 [3, 4]. Сплав CaAl2 должен переходить в парообразное состояние также конгруэнтно. Нами предложен новый подход к использованию порошковой проволоки с алюмокальциевым наполни- телем. Разработана и испытана технология исполь- зования порошковой проволоки с различным соотно- шением кальция и алюминия для микролегирования и раскисления металла и шлака на УКП в начальной стадии его обработки. Сделан исследовательский шаг к изучению возможности управления внутренней структурой металла в начале доводки для обеспече- ния необходимых условий формирования более вы- соких качественных показателей конечного металло- продукта. Эта работа является продолжением (или совер- шенствованием) ранее разработанной новой техно- логии раскисления стали на УКП [5] с измененным по- рядком раскисления – без подачи вторичного алюми- ния в ковш на выпуске из сталеплавильного агрегата, вводом алюминиевой катанки в начале обработки, использованием 45%-го FeSi вместо 65%-го. Поэто-FeSi вместо 65%-го. Поэто- вместо 65%-го. Поэто- му в настоящей работе результаты разрабатываемой технологии сравнивали с данными плавок текущего производства по приведенной выше технологии. Результаты испытаний Методические особенности проведения испыта- ний. Основные технические данные порошковой про- волоки с весовым соотношением алюминия и каль- ция 60/40, показавшей наилучшие технологические показатели при испытаниях, приведены в табл. 1. Одной из особенностей при проведении испыта- ний являлось то, что на выпуске полупродукта из мар- теновской печи в ковш совместно с ферросплавами 52 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 9-10 (220-221) ’2011 присаживали 800 ± 50 кг твердой шлакообразующей смеси (ТШС), состоящей из 600 кг извести и 200 кг алюмофлюса. При использовании этой смеси вто- ричный алюминий в чушках для раскисления полу- продукта не применяли. При обработке металла на УКП перед началом дугового нагрева в течение первых 1-3 мин произво- дили присадку в ковш 50-100 кг алюмофлюса. Через 3-5 мин после начала обработки в металл вводили алюмокальциевую порошковую проволоку из расче- та получения в металле 0,005-0,008 % Al. Скорость ввода порошковой проволоки зависела от температуры металла в сталеразливочном ковше [1]. В табл. 2 приведены данные по скорости ввода про- волоки в зависимости от температуры металла. По ходу обработки на УКП отбирали пробы метал- ла и шлака на химический анализ для изучения осо- бенностей формирования металла и шлака при ис- пользовании лигатуры из алюминия и кальция. Про- бы на содержание газов (кислород, азот) брали по ходу обработки металла на УКП и разливки на УНРС. Для изучения особенностей микроструктуры метал- ла, количества и видов неметаллических включений по ходу доводки на УКП и разливки на УНРС отбира- ли специальные пробы. Технологические показатели опытных плавок. В основу исследований положено предположение о том, что ввод смеси сильных раскислителя и моди- фикатора (алюминия и кальция) в начале обработки на УКП в нераскисленный алюминием полупродукт при выпуске из сталеплавильного агрегата обеспе- чит более глубокое раскисление металла и шлака, изменение внутренней структуры металла, коли- чества и формы неметаллических включений. Это должно привести к улучшению условий десульфура- ции металла, снижению расхода раскисляющих ма- териалов, увеличению степени усвоения элементов раскислителей и модификатора, увеличению уровня свойств готового проката. Испытания алюмокальциевой порошковой прово- локи проведены на стали марок S235JR, S235J2G3, BVA и 09Г2С. Показатели исследованной технологии раскисле- ния стали на плавках с использованием порошковой проволоки с алюмокальциевым наполнителем в со- отношении алюминия и кальция 60/40 представлены в табл. 3. Анализ полученных результатов показывает, что для всех исследованных марок стали наблюдаются общие закономерности: усвоение алюминия из алю- мокальциевой проволоки в среднем на 5,3-20,3 % вы- ше, чем из алюминиевой катанки; расход алюмофлю- са на опытных плавках ниже на 26-60 кг абс. на плав- ку, или на 0,18-0,4 кг/т стали; по ходу плавки скорость десульфурации металла на (0,8-2,1)·10-4 %/мин, а сте- пень десульфурации на 0,1-3,0 % выше, чем при обычной технологии (за весь период обработки сте- пень десульфурации металла для всех вариантов технологии выше на 0,9-3,9 %); стабильно во всех группах плавок снижается расход порошковой про- волоки с силикокальцием. Вместе с тем, содержание кальция по вводу более высокое, и в конечном ито- ге его усвоение по вводу на 0,8-3,4 % выше на опыт- ных плавках. Более высокое усвоение алюминия из алюмо- кальциевой порошковой проволоки можно объяснить комплексным вводом двух раскислителей, алюминия и кальция. Лигатура из смеси алюминия и кальция – эффек- тивный раскислитель как металла, так и шлака. В табл. 4 приведены результаты определения содер- жания кислорода в металле на опытных и сравни- тельных плавках в динамике. Для сравнения взяты также данные, полученные ранее при использовании вторичного чушкового алюминия в ковше на выпуске из сталеплавильного агрегата и 65%-го FeSi на УКП при доводке стали. Видно, что наиболее низкое содержание кислоро- да в металле наблюдается при использовании для предварительного раскисления в самом начале об- работки порошковой проволоки со смесью алюминия и кальция. Важно отметить, что содержание кислоро- да в металле в период обработки на УКП на опытных плавках колеблется в меньших пределах, что свиде- тельствует о более стабильной окисленности метал- ла. Содержание кислорода (ppm), к примеру, в се- редине обработки на опытных плавках находится в пределах 34-52 и в среднем составляет 44, тогда как на сравнительных – в пределах 36-56 и 37-82, то есть в среднем 46 и 50. В табл. 5 приведены данные о химическом со- ставе шлаков, отобранных по ходу обработки опыт- ных плавок. Из представленных данных видно, что по- сле ввода алюмокальциевой порошковой проволоки Таблица 1 Технические данные порошковой проволоки Тип порошковой проволоки Массовая доля базовых элементов в наполнителе, % Масса наполнителя в 1 п/метре проволоки, кг Диаметр проволоки, мм Al Са ПП-13Б-1.20-76-50 60 40 0,126 13 Таблица 2 Скорость ввода порошковой проволоки Температура жидкой стали, оС 1530 1540 1550 1560 1570 1580 1590 1600 Скорость ввода порошковой проволоки, м/мин 110 120 130 140 150 160 170 185 53МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 9-10 (220-221) ’2011 М ар ка с та ли С од ер ж ан ие на в ы пу ск е из м ар те но в- ск ой п еч и, % Ра сх од , м 1- я пр об а на У КП , % Ус во - ен ие , % П ри са дк и, кг 2- я пр о- ба , % (с ер ед ин а об ра бо тк и) С ко ро ст ь де су ль - ф ур ац ии С те пе нь д ес ул ь- ф ур ац ии Ра сх од Si C a, м Ко не чн ая пр об а, % М ас са го дн ой с та ли , т За п ер ио д об ра бо тк и A lC a A l к ат ан ка ск ор ос ть де су ль - ф ур ац ии , % /м ин ст еп ен ь д ес ул ь- ф ур ац ии , % ус во ен ие С а, % C S на ча ло об ра - бо тк и ко не ц об ра - бо тк и S A l A l С аО A l- ф лю с S A l 1- 2, % /м ин 1- 2, % S A l C a S 23 5J R оп ы тн ы е 14 п ла во к м ин . 0, 06 0, 03 8 13 7 – 64 0, 03 8 0, 00 5 38 ,9 30 0 10 0 0, 02 6 0, 00 5 0, 00 01 1 4, 2 15 7 0, 02 2 0, 01 0, 00 14 14 4, 7 0, 00 03 4 25 ,5 16 ,2 м ак с. 0, 17 0, 08 5 20 0 – 84 0, 07 8 0, 01 95 ,2 11 00 64 5 0, 05 5 0, 00 6 0, 00 15 3 32 ,0 17 9 0, 03 6 0, 01 2 0, 00 26 16 5, 6 0, 01 30 55 ,1 28 ,8 ср ед . 0, 13 0, 05 9 15 6 – 77 0, 05 5 0, 00 7 70 ,8 61 4 35 6 0, 04 1 0, 00 5 0, 00 07 7 24 ,7 16 9 0, 03 2 0, 01 1 0, 00 19 15 5, 8 0, 00 06 8 40 ,6 20 ,7 ср ав ни те ль ны е 19 п ла во к м ин . 0, 06 0, 03 8 – 98 30 0, 03 8 0, 00 5 36 ,7 20 0 15 0 0, 02 7 0, 00 5 0, 00 02 4 8, 5 16 8 0, 01 9 0, 00 9 0, 00 15 13 5, 5 0, 00 02 7 17 ,5 15 ,2 м ак с. 0, 15 0, 06 2 – 10 0 80 0, 06 2 0, 01 2 88 ,8 11 00 75 0 0, 04 6 0, 00 6 0, 00 14 4 44 ,9 18 0 0, 03 5 0, 01 2 0, 00 27 16 7, 1 0, 00 13 8 60 ,3 30 ,3 ср ед . 0, 12 0, 05 1 – 99 70 0, 04 8 0, 00 7 50 ,5 63 2 41 6 0, 03 6 0, 00 5 0, 00 06 9 24 ,6 17 5 0, 02 8 0, 01 1 0, 00 19 15 2, 8 0, 00 06 5 39 ,7 19 ,9 S 23 5J 2G 3, B VA оп ы тн ы е 16 п ла во к м ин . 0, 05 0, 04 0 13 7 – 0 0, 04 0, 00 6 52 ,4 60 0 10 0 0, 03 1 0, 00 5 0, 00 03 1 11 ,1 15 0 0, 02 5 0, 00 6 0, 00 18 14 9, 0 0, 00 04 2 33 ,3 18 ,5 м ак с. 0, 17 0, 07 2 21 8 – 65 0, 06 6 0, 01 8 10 0 11 00 80 0 0, 05 1 0, 00 6 0, 00 11 7 32 ,8 17 9 0, 03 5 0, 01 2 0, 00 25 17 0, 7 0, 00 10 0 51 ,7 30 ,1 ср ед . 0, 11 0, 05 3 16 3 – 22 0, 05 1 0, 00 9 68 ,7 79 5 43 0 0, 03 9 0, 00 5 0, 00 07 7 23 ,6 16 5 0, 03 0, 00 8 0, 00 21 15 5, 7 0, 00 07 0 41 ,1 24 ,1 ср ав ни те ль ны е 16 п ла во к м ин . 0, 09 0, 04 1 – 97 0 0, 04 0, 00 5 38 ,8 40 0 10 0 0, 03 1 0, 00 5 0, 00 01 6 7, 5 14 8 0, 02 3 0, 00 5 0, 00 15 14 2, 8 0, 00 03 1 25 ,0 14 ,1 м ак с. 0, 16 0, 06 9 – 10 0 65 0, 06 5 0, 01 1 88 ,0 11 00 95 0 0, 04 8 0, 01 1 0, 00 13 8 38 ,6 20 0 0, 04 2 0, 01 1 0, 00 21 16 4, 6 0, 00 11 1 56 ,9 26 ,9 ср ед . 0, 12 0, 05 1 – 99 22 0, 04 9 0, 00 8 63 ,4 76 3 45 6 0, 03 8 0, 00 6 0, 00 05 6 20 ,6 17 3 0, 03 0, 00 8 0, 00 18 15 6, 3 0, 00 05 3 37 ,2 19 ,2 Та бл иц а 3 Те хн ол ог ич ес ки е по ка за те ли п ла во к с ис по ль зо ва ни ем п ор ош ко во й пр ов ол ок и с на по лн ит ел ем и з ал ю м ин ия и к ал ьц ия в со от но ш ен ии 6 0/ 40 54 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 9-10 (220-221) ’2011 снижается уровень окислов железа (к примеру, со- держание FeO снижается на 0,2-2,0 % абс. и зависит от количества вводимой проволоки) и повышается со- держание серы в шлаке на 15,0-36,8 % отн., что сви- детельствует об активной десульфурации металла. Более низкая окисленность металла и шлака на опытных плавках предопределила снижение расхо- да алюмофлюса для раскисления шлака и увеличе- ние скорости и степени десульфурации металла. Металлографические исследования. Выполнены исследования образцов литого и катаного металла от опытных и сравнительных плавок стали марок S235JR и 09Г2С. Для испытаний на разных стадиях производства (доводка на УКП и разливки на УНРС) отобрали 36 проб литого металла и 2 пробы листо- вого проката (прокатный цех). Определен полный хи- мический состав металла, в том числе содержание алюминия общего и кислоторастворимого, а также содержание газов по всему технологическому циклу. Металлографические исследования по изучению внутренней структуры металла выполнены в следу- ющем объеме: выполнена оценка неметаллических включений; исследована дендритная и действитель- ная микроструктура. Неметаллические включения. Результаты изу- чения неметаллических включений (количество и размер) приведены в табл. 6. Вид неметаллических включений в металле литых проб на одной из опыт- ных плавок в различные периоды доводки на УКП и разливки на УНРС представлен на рис. 1. Полученные данные показывают, что эндогенная неметаллическая фаза в металле всех литых проб представлена кислородными включениями сложно- го состава, различного размера и количества. Они в основном рассредоточены по сечению, имеют гло- булярную форму и сложный состав, различный цвет и свечение в темном поле. По металлографическим признакам они соответствуют составу RO, RO2 и R2O3 в различных соотношениях. Сульфиды в литом металле не обнаружены. По- видимому, высокоосновные известковоглиноземи- стые соединения продуктов раскисления хорошо ас- симилировали (поглотили) серу и сульфиды перед удалением из ванны. Важно отметить, что на начальной стадии обра- ботки в металле опытных и сравнительных плавок количество включений разное (табл. 6). Вместе с тем после ввода порошковой проволоки с алюмокальци- ем интенсивность их удаления высокая. Степень уда- ления на опытных плавках при сравнении количества неметаллических включений находится в пределах 51,7÷83,5 %, тогда как на сравнительной плавке (по- сле ввода только алюминия) количество включений даже несколько возросло. В конечном итоге количе- ство неметаллических включений за период довод- ки (начало обработки – начало разливки на УНРС) на опытных плавках снижается на 61,5÷94,7 %, на срав- нительной плавке – на 53,8. Показательными могут служить данные об уда- лении включений малого размера (до 0,02 мм) в Таблица 4 Содержание кислорода в металле опытных и сравнительных плавок* Вид плавок, марка стали Содержание кислорода, ррm мартенов- ская печь обработка на УКП разливка на УНРС начало середина конец начало конец Опытные, S235JR 214-322 280 38-68 50 34-52 44 28-40 38 34-45 40 36-46 40 Сравнительные (S235JR, 3сп) с Al катан-S235JR, 3сп) с Al катан-235JR, 3сп) с Al катан-JR, 3сп) с Al катан-, 3сп) с Al катан-Al катан- катан- кой и 45%-ным FeSi 222-356 277 39-70 51 36-56 46 36-38 31 35-44 41 37-48 43 Сравнительные (S235JR, 3сп) с вторич- ным Al на выпуске и 65%-ным FeSi 236-270 253 42-84 66 37-82 50 10-79 51 34-66 50 38-80 57 *Пробы взяты после ввода Al катанки, AlCa проволоки Таблица 5 Характеристика шлака до (1) и после (2, 3, 4) ввода алюмокальциевой порошковой проволоки Номер плавки, марка стали Расход проволоки, м Номер пробы Химический состав шлака до и после ввода ПП, % SiO2 CaO B MgO Feобщ FeO Fe2O3 Al2O3 S 80648, S235JR 220 1 26,5 44,9 1,69 10,8 3,68 4,3 0,48 8,9 0,20 2 26,5 55,7 2,10 8,0 1,81 2,3 0,03 6,9 0,23 3 22,8 50,6 2,22 9,2 1,37 1,2 0,31 11,2 0,46 4 23,2 49,6 2,14 9,3 1,00 1,2 0,05 12,9 0,63 40643, S235JR 139 1 26,6 43,7 1,64 12,1 2,56 1,8 1,66 8,16 0,19 2 27,3 45,7 1,66 12,0 1,72 1,6 0,89 8,08 0,26 3 25,0 46,8 1,87 11,5 1,39 1,2 0,65 9,42 0,42 4 24,1 49,4 2,05 10,1 1,12 1,2 0,13 9,30 0,56 55МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 9-10 (220-221) ’2011 Таблица 6 Количество и размер глобулярных кислородных включений, выявленных в образцах литого металла Номер пробы Место отбора пробы Диаметр включений, мм до 0,02 0,03- 0,04 0,04- 0,05 0,05- 0,06 0,06- 0,07 0,07- 0,08 0,08- 0,10 0,11 0,12 0,13 0,14 0,15 0,2 0,3 0,4 0,7 0,8 Σ плавка 50675, S235JR 1 перед AlCa 22 8 3 3 2 – 1 – – – – – – – – – – 39 2 после AlCa 3 3 3 2 – – – – – – – – – – – – – 11 3 перед SiСа 3 4 1 2 – – – – – – – – 1 – – – – 11 4 после SiСа 11 6 2 1 – – – – – – – – – – – – – 20 5 промковш 20 м 6 8 1 – – – – – – – – – – – – – 15 6 промковш 100 м 4 2 4 4 3 – 2 1 – – 1 1 1 – – 1 – 24 плавка 40639, S235JR 1 перед AlCa 13 26 13 21 1 1 1 2 3 2 2 1 2 1 1 – – 90 2 после AlCa 8 6 7 7 3 – 1 – – – – – – – – – – 32 3 перед SiСа 1 2 1 1 – – – – – – – – – – – – – 5 4 после SiСа 3 2 – – – – – – – – – – – – – 5 5 промковш 20 м 4 3 1 1 – 1 – – – – – – – – – – – 10 6 промковш 100 м 5 5 7 5 – – – – – 1 – – – – – – – 23 плавка 80648, S235JR 1 перед AlCa 138 109 46 23 6 3 1 2 1 1 1 – – – – – – 331 2 после AlCa 48 27 15 36 6 7 3 6 4 1 1 1 3 1 1 160 3 перед SiСа 16 12 2 4 – 1 1 1 1 – – – – – – – – 38 4 после SiСа 5 2 4 – 1 – – – – – – – – – – – – 12 5 промковш 20 м 5 3 1 1 – – 1 – – – – – – – – – – 11 6 промковш 100 м 2 1 1 1 – – – – – – – – – – – – – 5 плавка 70810, S235JR 1 перед AlCa 179 93 29 10 1 – – – 1 – – – – – – – – 313 2 после AlCa 56 27 8 3 1 – – – – – – – – – – – – 95 3 перед SiСа 35 13 6 2 – – – – – – – – – – – – – 56 4 после SiСа 7 1 1 1 – – – – – – – – – – – – – 10 5 промковш 20 м 5 2 – – – – – – – – – – – – – – – 7 7 промковш 100 м 8 2 – – – – – – – – – – – – – – – 10 плавка 40773, S235JR 1 перед AlCa 10 6 6 3 2 – – – – 1 – – – – – – – 28 2 после AlCa 9 8 5 7 – – – 1 – – 1 – – – – – – 31 3 перед SiСа 3 3 1 – – – – – – – – – – – – – 7 4 после SiСа 6 4 1 1 – 1 – – – – – – – – – – – 13 5 промковш 20 м 4 4 2 1 – 1 1 – – – – – – – – – – 13 7 промковш 100 м 4 2 1 2 – – – – – – – – – – – – – 9 плавка 30759, 09Г2С 1 перед AlCa 289 96 34 24 6 3 – – – – 1 1 1 – – – – 455 2 после AlCa 40 21 9 5 – – – – – – – – – – – – – 75 3 перед SiСа 51 14 4 1 1 – 1 – – – – – – – – – – 72 4 после SiСа 19 4 3 1 – 1 – – – – – – – – – – 28 5 промковш 20 м 13 7 1 2 1 – – – – – – – – – – – – 24 7 промковш 100 м 13 1 – 1 – 1 – – – – – – – – – – – 16 56 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 9-10 (220-221) ’2011 Вид эндогенных неметаллических включений в металле ли- тых проб плавки 80648 (масштаб 1:0,5): после введения AlCa, проба № 2, светлое поле (а), ×100; после введения AlCa, проба № 2, тем-AlCa, проба № 2, тем-, проба № 2, тем- ное поле (б), ×100; после введения AlCa, проба № 3, светлое поле (в), ×100; перед введением SiCa, проба № 3, светлое поле (г), ×100; перед введением SiCa, проба № 3, темное поле (д), ×200; после введения SiCa, проба № 4, светлое поле (е), ×200; после введения SiCa, проба № 4, темное поле (ж), ×200; после введения SiCa, про-SiCa, про-, про- ба № 4, светлое поле (з), ×400; после введения SiCa, проба № 4, темное поле (и), ×400 Рис. 1. начальный период обработки после ввода смеси алюминия и кальция (табл. 6). На опытных плавках количество неметаллических включений снижается на 38,5÷86,4 %, на сравнительной – на 10,0. В качестве примера характерной динамики изме- нения количества, формы и размеров неметалличе- ских включений на опытных плавках можно привести данные металлографических исследований по плав- кам № 40639 (S235JR) и 30759 (09Г2С). Плавка 40639, S235JR. На начальном этапе (про- ба до ввода ПП с наполнителем из алюминия и каль- ция) металл загрязнен включениями, расположенны- ми неравномерно в виде скоплений. После присадки ПП распределение включений стало равномерным, их количество сократилось почти в 3 раза, умень- шился их размер, то есть на данном этапе произо- шло удаление нерастворимых окислов, выделя- ющихся при сравнительно быстром затвердевании металла. При этом кальций предотвратил появление скоплений глинозема, образующихся при раскисле- нии алюминия. В пробе перед вводом SiCa кислородные вклю- чения были единичными, размером до 0,06 мм, что, вероятно, связано с дальнейшим удалением продук- тов раскисления. После ввода SiCa их размер умень-SiCa их размер умень- их размер умень- шился до 0,04 мм. Это произошло благодаря уско- рению достижения равновесия и полноте протекания процессов раскисления. Включения имеют вид окру- глых многофазных соединений серого цвета, слабо прозрачных в темном поле, с внедренными светлы- ми участками закиси железа. Плавка 30759, 09Г2С. В пробе перед вводом AlCa присутствует множество включений, в основном размером (мм) до 0,04, реже 0,05-0,08 и единич- ные – 0,14-0,2. В пробе после ввода AlCa количе-AlCa количе- количе- ство включений резко уменьшилось и сохранилось на том же уровне в пробе перед вводом SiCa. По-SiCa. По-. По- сле ввода SiCa количество включений уменьши-SiCa количество включений уменьши- количество включений уменьши- лось и изменился состав, о чем свидетельствует различная степень свечения в темном поле. Они представляют собой резко очерченные гло- були с кольцевыми отсветами, прозрачные в темном поле. Так как при формировании кислородных вклю- чений в стали, легированной марганцем, образуют- ся железомарганцевые силикаты, то в состав вклю- чений, по-видимому, дополнительно входят закиси этих компонентов (железа и марганца). В пробе ме- талла из промковша в начале разливки количество включений незначительно уменьшилось. В пробе ме- талла из промковша в конце разливки включений не- много, некоторые из них – со светящейся оторочкой в темном поле. Микроструктура Дендритная структура литых проб состоит из простых дендритов и межосных участков. При ден- дритной форме кристаллов характерна избиратель- ная кристаллизация металла, то есть состав дендри- тов отличается от состава межосных участков со- держанием примесей. Распределение примесей на границе кристалл-жидкость (кроме теплофизических параметров процесса – величины переохлаждения, градиента температур, скорости кристаллизации) определяет форму кристаллов. Поэтому дендритное строение в пробах отличается плотностью располо- жения, величиной осей и межосных участков. Наиболее характерное формирование дендрит- ной структуры для опытных плавок с использова- нием алюмокальциевой проволоки наблюдается на плавках № 80648 (S235) и 30759 (09Г2С) (рис. 2, 3). Плавка № 80648, (S235JR). На начальном эта- пе перед вводом AlCa дендриты простые, средне-AlCa дендриты простые, средне- дендриты простые, средне- го размера, глобулярной и слегка удлиненной фор- мы. После ввода AlCa увеличилась площадь, за-AlCa увеличилась площадь, за- увеличилась площадь, за- нятая межосными участками. Перед вводом SiСа произошел рост дендритных осей при неизмен- ной дисперсности, а после его ввода соотношение объемов, занимаемых дендритами и межосными г д е ж з и а б в Дендритная структура литых проб плавки 80648, ×50 (масштаб 1:0,5): проба перед введением AlCa (а); после введения AlCa (б); проба из промковша (в) Рис. 2. а б в Дендритная структура литых проб плавки 30759, ×50 (масштаб 1:0,5): проба перед введением AlCa (а); после введения AlCa (б); проба из промковша (в) Рис. 3. а б в 57МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 9-10 (220-221) ’2011 участками, стабилизировалось на уровне 50:50. В пробах из промковша УНРС структура равномерная по сечению, с высокой степенью дисперсности. Плавка 30759, 09Г2С. До ввода AlCa дендритная структура состоит из большого количества мелких дендритов и межосных объемов. Образованию такой дисперсной структуры на начальном этапе способ- ствовали многочисленные центры кристаллизации в виде неметаллических включений. В пробе после ввода AlCa дендриты стали более тонкие, межосные участки увеличились и занимают большую площадь, чем оси. В пробе перед вводом SiCa оси дендритов утолщились. После ввода SiCa с увеличением концентрации вводимого компонен- та возросло количество центров кристаллизации, в результате увеличились плотность и величина осей, расположенных равномерно по сечению. В пробах из промковша УНРС получена равномерная структура. Дендритная структура разрывных образцов ли- стового проката дисперсная, в осевой зоне наблюда- ются короткие прерывистые светлотравящиеся лик- вационные полосы. Действительная структура литого металла всех проб состоит из продуктов распада аустенита – пре- имущественно из верхнего бейнита с ферритной сет- кой, выпавшей по границам бывшего крупного аусте- нитного зерна. Подытоживая результаты металлографических исследований металла опытных и сравнительных плавок, следует отметить следующее. В характере формирования дендритной структуры прослежива- ются определенные закономерности: оси дендритов небольшого размера, распределенные неравномер- но по сечению и занимающие объем примерно 20 %, по ходу плавки несколько увеличиваются в размерах и располагаются равномерно; увеличивается пло- щадь, занятая межосными участками. Соотношение объемов, занимаемых дендритными и межосными участками, стабилизируется на уровне 50:50, что поз- воляет сделать вывод о наличии модифицирующе- го действия кальция на процесс кристаллизации при вводе AlCa и SiСа. По-видимому, оно проявляется в торможении роста дендритного скелета в результате его адсорбции на поверхности растущих дендритов. При этом оставшаяся часть жидкости кристаллизует- ся в межосных участках. Увеличение ее объема уже после раннего ввода лигатуры Al+Ca должно при-Al+Ca должно при-+Ca должно при-Ca должно при- должно при- водить к тому, что все элементы, имеющие прямую ликвацию, будут распределяться в большем объеме, что должно обеспечить снижение их концентрации в межосных участках, уменьшение дендритной ликва- ции и получение плотной дисперсной структуры, ко- торому также способствует рост количества центров кристаллизации за счет увеличения концентрации вводимых компонентов. Такая структура обладает низкой степенью макро- и зональной микросегрега- ции и, как результат, приводит к улучшению механи- ческих характеристик металла. Действительная структура литого металла всех проб представлена структурами неполной закалки, в ос- новном верхним бейнитом и ферритной сеткой, полу- ченными по механизму промежуточного превращения. Анализ свойств и качества поверхности листового проката Для оценки влияния новой технологии на уровень механических свойств и качество поверхности ли- стового проката выполнили сопоставительный ана- лиз результатов испытаний, а также величин отсор- тировки по поверхностным дефектам, большой, ма- лой и общей зачистки листового проката из опытного и сравнительного металла, близкого по содержанию основных легирующих элементов. Результаты при- ведены в табл. 7. Представленные данные показывают, что сред- ний уровень предела текучести и временного сопро- тивления листового проката из опытных плавок пре- вышает эти характеристики для проката из сравни- тельных плавок. К примеру, для стали марки 09Г2С предел текучести (σт) в среднем выше на 7,5 Н/мм2, временное сопротивление (σв) – на 5,7. При этом относительное удлинение (δ5) остается практиче- ски на прежнем уровне. Ударная вязкость KCU+20 и KCU−40 увеличивается на 4,6 и 2,5 Дж/см2 соот- ветственно. Для листового проката из стали марки S235JR прирост прочностных свойств на опытных плавках по сравнению с плавками, обработанными по обычной технологии, несколько меньше, чем для листового проката из опытных плавок стали марки 09Г2С. Наблюдается также тенденция к повышению относительного удлинения и работы удара KV+20. Качество поверхности листового проката также улучшается: в целом уменьшается уровень общей зачистки и отсортировка по дефектам поверхности, связанным с качеством металла. Выводы Разработана и испытана технология рафиниро- вания и раскисления металла в начальной стадии доводки на УКП порошковой проволокой с наполни- телем из смеси гранулированного алюминия и ме- таллического кальция, обеспечивающая раннее фор- мирование внутренней структуры литого металла. Ввод в металл лигатуры из сильных раскисля- ющих элементов (алюминий + кальций) и модифика- тора (кальций) в начале доводки на УКП на опытных плавках обеспечивает снижение окисленности ме- талла и шлака, увеличение степени усвоения алю- миния из алюмокальциевой проволоки по сравнению с усвоением из алюминиевой катанки и из чушково- го алюминия, увеличение скорости и степени десуль- фурации металла как по ходу, так и за весь период обработки, повышение степени усвоения кальция из порошковой проволоки с силикокальцием для моди- фицирования стали и снижение ее расхода. Металлографические исследования показали, что ввод в металл раскисляюще-модифицирующей лига- туры (алюминий + кальций) на ранней стадии доводки позволяет изменять внутреннюю структуру металла: – количество неметаллических включений после ввода Al+Ca уменьшается в 2÷6 раз, степень уда- ления достигает 83,5 %. Положительная динамика уменьшения количества включений сохраняется до конечного продукта; 58 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 9-10 (220-221) ’2011 М ар ка Те хн ол ог ия об ра бо тк и пл ав ок Ре зу ль та ты м ех ан ич ес ки х ис пы та ни й Ка че ст во п ов ер хн ос ти л ис то во го п ро ка та ти п ве ли - чи ны пр ед ел т ек уч ес ти , σ т, Н /м м 2 вр ем ен но е со пр от ив - ле ни е, σ в, Н /м м 2 от но си - те ль но е уд ли не ни е, δ 5, % ра бо та уд ар а, K V+ 20 , Д ж уд ар на я в яз ко ст ь, Д ж /с м 2 пр ок а- та но ли с- то в от со рт ир ов ка из -з а ка че ст ва м ет ал ла за чи ст ка K C U +2 0 K C U –4 0 м ал ая бо ль ш ая вс ег о ш т ш т % ш т % ш т % ш т % S 23 5J R оп ы тн ы е с вв од ом пр ов ол ок и A lC a 60 /4 0 м ин . 25 0 41 5 25 67 – – 21 54 27 1, 25 35 9 16 ,6 7 26 6 12 ,4 62 5 29 ,0 м ак с. 31 5 47 7 36 11 3 – – ср ед . 28 5, 94 44 1, 77 31 ,5 96 – – ср ав ни те ль ны е (о бы чн ая т ех но ло ги я) м ин . 26 5 41 0 24 ,5 72 – – 30 05 36 1, 20 56 7 18 ,8 7 37 6 12 ,5 94 3 31 ,4 м ак с. 32 0 48 0 36 10 4 – – ср ед . 28 5, 87 43 8, 68 29 ,9 92 ,4 5 – – 09 Г2 С оп ы тн ы е с вв од ом п ро во ло ки A lC a 60 /4 0 м ин . 35 5 51 0 21 ,5 – 95 64 37 4 17 4, 55 72 19 ,2 5 17 4 46 ,5 24 6 65 ,8 м ак с. 39 0 56 0 29 – 13 5 12 2 ср ед . 37 2, 5 53 5, 0 25 ,2 – 11 4, 1 89 ,7 ср ав ни те ль ны е (о бы чн ая т ех но ло ги я) м ин . 34 5 51 0 21 ,5 – 89 77 30 6 54 17 ,7 22 7, 19 18 0 58 ,8 20 2 66 ,0 м ак с. 38 5 56 0 34 – 12 3 97 ср ед . 36 4, 95 52 9, 3 25 ,6 – 11 2, 1 86 ,2 S 23 5J R оп ы тн ы е с вв од ом пр ов ол ок и A lC a 70 /3 0 м ин . 26 5 42 5 26 87 – – 95 6 8 0, 84 18 4 19 ,2 5 10 0 10 ,5 28 4 29 ,7 м ак с. 32 5 47 0 33 10 9 – – ср ед . 28 3, 87 44 3, 8 29 ,1 98 ,5 – – ср ав ни те ль ны е (о бы чн ая т ех но ло ги я) м ин . 25 0 42 4 26 61 – – 16 86 26 1, 54 37 1 22 ,0 0 24 8 14 ,7 61 9 36 ,7 м ак с. 32 0 45 5 35 11 8 – – ср ед . 28 0, 57 44 2, 94 31 ,5 98 ,8 3 – – Та бл иц а 7 М ех ан ич ес ки е св ой ст ва и к ач ес тв о по ве рх но ст и ли ст ов ог о пр ок ат а из о пы тн ог о и ср ав ни те ль но го м ет ал ла 59МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 9-10 (220-221) ’2011 – формирование дендритной структуры после ввода Al+Ca, а затем и SiCa протекает с увеличением площади межосных участков. Соотношение объемов, занимаемых дендритными и межосными участками, стабилизируется на уровне 50:50, что позволяет сде- лать вывод о наличии модифицирующего действия кальция на процесс кристаллизации; – увеличение объема кристаллизующейся жид- кости в межосных участках уже после раннего вво- да лигатуры Al+Ca должно приводить к тому, что все элементы, имеющие прямую ликвацию, будут рас- пределяться в большем объеме, что должно обеспе- чить снижение их концентрации в межосных участках, уменьшение дендритной ликвации и получение плот- ной дисперсной структуры, которому также способ- ствует рост количества центров кристаллизации за счет увеличения концентрации вводимых компонен- тов. Такая структура обладает низкой степенью ма- кро- и зональной микросегрегации, благодаря чему улучшаются механические характеристики металла. 1. Внепечная обработка расплава порошковыми проволоками / Д. А. Дюдкин, С. Ю. Бать, С. Е. Гринберг и др. – Донецк: Юго-Восток, 2003. – 306 с. 2. Бор, кальций, ниобий и цирконий в чугуне и стали. – М.: ГНТИ, 1964. – 459 с. 3. Ицкович Г. М. Влияние легирующих и микролегирующих добавок на неметаллические включения в стали / Теория металлургических процессов. (Итоги науки и техники). – М.: ВИНИТИ, 1987. – Т. 6. – С. 68-168. 4. Поволоцкий Д. Я., Кудрин В. А., Вишкарев А. Ф. Внепечная обработка стали. – М.: Металлургия, 1995. – 255 с. 5. Совершенствование технологии раскисления стали / Б. П. Крикунов, Н. М. Переворочаев, В. И. Цуканов и др. // Ме- талл и литье Украины. – 2009. – № 1-2. – С. 26. ЛИТЕРАТУРА Переворочаєв М. М., Крикунов Б. П. Технологія спрямованого формування внутрішньої структури литого металу Анотація Розроблено та випробувано технологію рафінування і доведення на УКП порошковим дротом з наповнювачем із суміші гранульованого алюмінію та металевого кальцію. Технологія забезпечує: раннє формування внутрішньої структури ли- того металу із зниженням у 2-6 разів кількості неметалевих включень і утворенням дендритної структури із збільшенням площі міжвісних ділянок та об’єму рідини, що в них утворюється; покращення технологічних показників доведення сталі (зниження окисленості металу та шлаку, збільшення швидкості та ступеня десульфурації металу). Ключові слова внутрішня структура, литий метал, неметалеві включення, порошковий дріт, алюмокаль- цієвий наповнювач, розкислення, дендритна структура, міжвісні ділянки Perevorotchaev N., Krikunov B. Technology of directed forming of cast metal internal structure Summary Technology of metal refining and deoxidation with powder-cored wire containing a mixture of granulated aluminum and calcium metal has been developed and tested. The processing occurred at the initial stage of ladle furnace finishing treatment. The technology secures early formation of the cast metal internal structure with 2-6 fold reduction in the quantity of non-metallic inclusions, dendritic structure with enlargement of interaxial space and liquid volumes, crystallizing in it; improvement of ladle furnace processability indexes of steel finishing (decreasing of the metal and slag oxidation level, increasing of the rate and extent of desulfurization). Keywords internal structure, cast metal, non-metallic inclusions, powder-cored wire, aluminocalcium filler, deoxidation, dendritic structure, interaxial space
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-49973
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn 2077-1304
language Russian
last_indexed 2025-12-07T17:09:23Z
publishDate 2010
publisher Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
record_format dspace
spelling Переворочаев, Н.М.
Крикунов, Б.П.
2013-10-01T23:28:06Z
2013-10-01T23:28:06Z
2010
Технология направленного формирования внутренней структуры литого металла / Н.М. Переворочаев, Б.П. Крикунов // Металл и литье Украины. — 2011. — № 9-10. — С. 51-59. — Бібліогр.: 5 назв. — рос.
2077-1304
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/49973
669.18:621.7
Разработана и испытана технология рафинирования и раскисления металла на начальной стадии доводки на УКП порошковой проволокой с наполнителем из смеси гранулированного алюминия и металлического кальция. Технология обеспечивает раннее формирование внутренней структуры литого металла со снижением в 2-6 раз количества неметаллических включений и образованием дендритной структуры с увеличением площади межосных участков и объема кристаллизующейся в них жидкости; улучшение технологических показателей доводки стали (снижение окисленности металла и шлака, увеличение скорости и степени десульфурации металла); повышение качества готового проката.
Розроблено та випробувано технологію рафінування і доведення на УКП порошковим дротом з наповнювачем із суміші гранульованого алюмінію та металевого кальцію. Технологія забезпечує: раннє формування внутрішньої структури литого металу із зниженням у 2-6 разів кількості неметалевих включень і утворенням дендритної структури із збільшенням площі міжвісних ділянок та об’єму рідини, що в них утворюється; покращення технологічних показників доведення сталі (зниження окисленості металу та шлаку, збільшення швидкості та ступеня десульфурації металу).
Technology of metal refining and deoxidation with powder-cored wire containing a mixture of granulated aluminum and calcium metal has been developed and tested. The processing occurred at the initial stage of ladle furnace finishing treatment. The technology secures early formation of the cast metal internal structure with 2-6 fold reduction in the quantity of non-metallic inclusions, dendritic structure with enlargement of interaxial space and liquid volumes, crystallizing in it; improvement of ladle furnace processability indexes of steel finishing (decreasing of the metal and slag oxidation level, increasing of the rate and extent of desulfurization).
ru
Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
Металл и литье Украины
Производство стали
Технология направленного формирования внутренней структуры литого металла
Технологія спрямованого формування внутрішньої структури литого металу
Technology of directed forming of cast metal internal structure
Article
published earlier
spellingShingle Технология направленного формирования внутренней структуры литого металла
Переворочаев, Н.М.
Крикунов, Б.П.
Производство стали
title Технология направленного формирования внутренней структуры литого металла
title_alt Технологія спрямованого формування внутрішньої структури литого металу
Technology of directed forming of cast metal internal structure
title_full Технология направленного формирования внутренней структуры литого металла
title_fullStr Технология направленного формирования внутренней структуры литого металла
title_full_unstemmed Технология направленного формирования внутренней структуры литого металла
title_short Технология направленного формирования внутренней структуры литого металла
title_sort технология направленного формирования внутренней структуры литого металла
topic Производство стали
topic_facet Производство стали
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/49973
work_keys_str_mv AT perevoročaevnm tehnologiânapravlennogoformirovaniâvnutrenneistrukturylitogometalla
AT krikunovbp tehnologiânapravlennogoformirovaniâvnutrenneistrukturylitogometalla
AT perevoročaevnm tehnologíâsprâmovanogoformuvannâvnutríšnʹoístrukturilitogometalu
AT krikunovbp tehnologíâsprâmovanogoformuvannâvnutríšnʹoístrukturilitogometalu
AT perevoročaevnm technologyofdirectedformingofcastmetalinternalstructure
AT krikunovbp technologyofdirectedformingofcastmetalinternalstructure