CC BY
50
/теот/^^гг
-3 (56), 2010
ггг /7к
2010 / f U
Ю. СТЕЦЕНКО, А. П. ГУТЕВ, В. В. НОВИКОВ, ИТМ НАН Беларуси
УДК 621.74:669.14.2/8
ВЛИЯНИЕ СИЛУМИНОВОГО РАСКИСЛИТЕЛЯ-МОДИФИКАТОРА НА СТРУКТУРУ СТАЛЬНЫХ СЛИТКОВ
It is shown that introduction of structural-superfine silumin deoxidizer-modifier allows to decrease the quantity of input into liquid steel lump and tribe-hardware deoxidizers more than by 30%, to reduce the defects of ingots by liquating stripes half, to reduce the content of sulphur in steel by 11-26% and of phosphorus by 12-42% and also to grind the steel grade 2-8 times as much.
В настоящее время при внепечной обработке качественных сталей для их раскисления в основном применяют алюминий. Для модифицирования используют силикокальций, который чаще всего вводят в виде порошка в трайб-аппаратной проволоке. Широко применяется осаждающее раскисление, при котором алюминий непосредственно вводят в жидкий металл. При раскислении чушками наблюдается высокий угар от 50 до 90% и нестабильное содержание алюминия в стали [1]. Поэтому перед разливкой металла проводят дораскисление жидкой стали алюминиевой катанкой. Перспективным способом улучшения свойств выплавляемой стали является совмещение операции раскисления с модифицированием стали путем введения структурно-высокодисперсных силуминов [2,3]. Повысить эффективность раскисления жидкой стали без изменения технологии выплавки можно путем увеличения раскисляющей способности раскислителя за счет увеличения дисперсности его микроструктуры. Для достижения модифицирующего эффекта раскислителя в его составе должны присутствовать модифицирующие добавки, такие, как кальций или магний. В Институте технологии металлов НАН Беларуси разработана технология литья алюминиево-кремниевых сплавов, позволяющая получать отливки с высокодисперсной микроструктурой [4]. Данная технология была применена для получения структурно-высокодисперсного силу-минового раскислителя-модификатора (СРМ).
Для улучшения непрерывнолитой стали, выплавляемой на РУП «Белорусский металлургический завод», в Институте технологии металлов НАН Беларуси разработаны СРМ, содержащие Si и Mg (СРМ-1) и Si, Mg, Ca и Ti (СРМ-2) [5]. Эффективность раскисления стали при внепечной обработке зависит не только от состава раскислителя, но и от способа его ввода в расплав. Присадка СРМ в расплав стали, как и чушкового алюминия, осложняется значительной разностью их плотностей, что приводит к его всплыванию. Из-за высокой активности алюминия большая его часть угорает. Для повышения усвоения жидкой сталью лигатуру СРМ-1 присаживали по заводской технологии под струю металла при сливе из печи в сталь-ковш, а СРМ-2 вводили по принципу сэндвич-процесса.
Лигатуру СРМ-1 получали литьем в кристаллизатор со струйной системой охлаждения, что позволяет измельчать все фазовые составляющие микроструктуры. Это повышает раскисляющую способность СРМ-1, а модифицирующие добавки измельчают зерно
7В / дгггг^ г: кгцумттг.
■ 11/ 3 (56),2010-
стали. Для повышения эффективности растворения СРМ-1 отливки были утяжелены стальным грузом, расположенным в центре отливок. Опытную партию СРМ-1 в количестве 205 кг получали в виде отливок диаметром 120 мм и высотой 220 мм.
Для ввода СРМ-2 в сталь-ковш сэндвич-процессом было изготовлено устройство, состоящее из двух стальных листов в форме квадрата со сторонами 1500 мм и толщиной 20 мм каждый. Масса СРМ-2, без устройства его ввода в жидкий металл, составляла 200 кг. Его выплавляли на основе вторичного силумина в индукционной электропечи емкостью 50 кг. Далее этим расплавом заполняли сегменты на нижнем стальном листе. Для измельчения микроструктуры СРМ-2 применяли наследственное модифицирование путем добавления в плавку 30% мелкокристаллической шихты. В качестве мелкокристаллической шихты использовали силуминовые заготовки диметром 70 мм и высотой 200 мм, полученные литьем закалочным затвердеванием [6].
Опыты по внепечной обработке проводили на стали марки 32Г2-2 в ЭСПЦ-2 РУП «БМЗ». Обработку расплава силуминовыми лигатурами проводили на выпуске жидкой стали из печи в сталь-ковш. Температура в сталь-ковше перед выпуском металла из печи составляла в среднем 950 °С.
СРМ-1 вводили в количестве 205 кг в виде отливок, в среднем по 8 кг каждая, присаживая в сталь-ковш по склизу под струю металла. СРМ-1 вводили после заполнения сталь-ковша на 1/4. Общая масса раскисляемой стали составляла 112 т. Полезная масса раскислителя не превышала 145 кг, а 30% общей массы СРМ-1 приходилось на стальной груз, расположенный в центре отливок. После ввода СРМ-2 дальнейшую внепечную обра-
Т а б л и ц а 1. Химический состав опытных плавок стали 32Г2-2
Номер плавки Содержание элементов, %
С Sl А1 Мп Т1 р S
1 0,2375 0,2379 0,0214 1,1821 0,0011 0,0193 0,0424
2 0,265 0,2261 0,0207 1,2505 0,0014 0,0172 0,0374
3 0,293 0,2791 0,0469 1,3275 0,0021 0,0143 0,0247
Т а б л и ц а 2. Трайб-аппаратная обработка расплава стали в печь-ковше
Номер плавки Наименование материала Количество, кг
А1 катанка 75,24
1 ПР, СК40, ТТ 93,05
ПР, ГР, ТТ 131,89
А1 катанка 49,59
2 ПР, СК40, ТТ 93,09
ПР, ГР, ТТ 79,92
А1 катанка 11,97
3 ПР, СК40, ТТ 90,91
ПР, ГР, ТТ 0
Рис. 1. Схема раскисления стали в 100-тонном сталь-ковше: 1 - сталь-ковш; 2 - жидкая сталь; 3 - устройство ввода рас-кислителя; 4 - СРМ-2
ботку расплава проводили по заводской технологии.
Ввод СРМ-2 осуществляли по схеме, показанной на рис. 1. Раскислитель с устройством его ввода помещали на дно предварительно прогретого сталь-ковша за 5 мин перед выпуском расплава из печи. Такой способ ввода позволяет защитить рас-кислитель от преждевременного расплавления, а гидродинамический поток струи металла, ударяясь о верхний лист устройства, удерживает СРМ-2 на дне сталь-ковша. Заполнение сталь-ковша длилось 4 мин.
Плавку по обычной заводской технологии маркировали № 1, плавки с обработкой СРМ-1 и СРМ-2 - № 2 и 3 соответственно. Химический состав опытных плавок стали 32Г2-2 после раскисления и наведения шлака приведен в табл. 1.
Расход материалов при трайб-аппаратной обработке расплава стали в печь-ковше по экспериментальным плавкам приведен в табл. 2.
П р и м е ч а н и е. ЦП - центральная пористость; ТН - точечная неоднородность; ЛК - ликвационный квадрат; ОПЛ - общая пятнистая ликвация; КПЛ - краевая пятнистая ликвация; ПЛ - подусадочная ликвация; МТ - межкристаллитные трещины; ПП - подкорковые пузыри; ЛП - ликвационные полоски; СП - светлые полоски.
/7ГГТТ^ ГГ ПТГТ(?/7/7гггГГГГТ /77
-3 (56), 2010 / 1 1
Т а б л и ц а 3. Результаты макроструктурного анализа горячекатаных заготовок
Номер плавки Номер образца Макроструктура, ГОСТ 10243, балл
ЦП ТН ЛК ОПЛ КПЛ ПЛ МТ ПП ЛП Балл/длина, мм, %, запо-роченности по сечению СП
1 1 0,5 0,5 0 0 0 0,5 0 0 0 0
2 1,0 0,5 0 0 0 1,0 0 0 0,5/3 = 50 0
2 1 0,5 0,5 0 0 0 1,5 0 0 0 0
2 0,5 0,5 0 0 0 1,0 0 0 0,5/4 = 25 0
3 1 0,5 0,5 0 0 0 1,0 0 0 0 0
2 0,5 0,5 0 0 0 0,5 0 0 0,5/4 >25 0
Т а б л и ц а 4. Результаты оценки загрязненности стали неметаллическими включениями
Номер плавки Номер образца А B C D
тонкие толстые тонкие толстые тонкие толстые тонкие толстые
1 1,5 0,5 0 0 0 0 0,5 0
1 2 1,5 1 1 1 0 0 0,5 0
3 1,5 1 0 0 0 0 0,5 0,5
max 1,5 1 1 1 0 0 0,5 0,5
1 1,5 0,5 1,5 0,5 0 0 0,5 0
2 2 1,5 0,5 0 0 0 0 0,5 0
3 1,5 0,5 0,5 0,5 1,5 2 0,5 0
max 1,5 0,5 1,5 0,5 1,5 2 0,5 0
1 1,5 0,5 0 0 0 0 0,5 0
3 2 1,5 0,5 1 0 0 0 0,5 0
3 1,5 1 0 0 0 0 0,5 0
max 1,5 1 1 0 0 0 0,5 0
Из таблицы видно, что по сравнению с плавкой № 1 количество потребляемой алюминиевой катанки в плавках № 2 и 3 снизилось на 33 и 84% соответственно.
Для исследования макроструктуры из горячекатаных заготовок диаметром 140 мм были вырезаны по два темплета. ЦЗЛ РУП «БМЗ» проведена оценка макроструктуры темплетов по ОСТ 14-1-235-91 в сравнении со шкалами, используя метод снятия серных отпечатков по Бауману. Тем-плеты были протравлены в 50%-ном растворе соляной кислоты. Результаты оценки макроструктуры слитков приведены в табл. 3.
Согласно результатам металлографического анализа, макроструктура протравленных поперечных темплетов удовлетворительная, не имеет остатков усадочной раковины, рыхлости, подкорковых пузырей, расслоений, трещин и шлаковых включений.
Из табл. 3 следует, что макроструктуры опытных и обычных горячекатаных заготовок примерно равны и уменьшение алюминиевой катанки не ухудшает макроструктуру слитка. Введение СРМ-1 и СРМ-2 в количестве 0,2% от массы металла
в ковше позволило уменьшить запороченность по ликвационным полоскам по сечению темплета с 50 до 25%.
Была проведена оценка загрязненности неметаллическими включениями по максимальному баллу для всех типов включений (А, В, С, D, толстые и тонкие) согласно А8ТМ Е45 (метод D) (табл. 4). По А8ТМ Е45 включения подразделяются на четыре категории по их морфологическим признакам и на две подкатегории по их ширине или диаметру. Категории определяют форму включений: А - сульфид, В - оксид алюминия, С - силикат, D - шарообразный оксид; подкатегории «толстый» и «тонкий» - их толщину. Из таблицы следует, что слитки опытной плавки, обработанные СРМ-1, более загрязнены силикатами, но в пределах допуска ТУ, а по содержанию других неметаллических включений примерно равны загрязненности слитков серийной плавки.
Для исследования микроструктуры слитков из горячекатаных темплетов диаметром 140 мм были вырезаны образцы. После шлифовки, полировки и травления 2%-ным раствором азотной кислоты
Рис. 2 Микроструктура горячекатаных заготовок диаметром 140 мм из стали 32Г2-2: а - обычная заводская; б - раскисленная СРМ-1; в - раскисленная СРМ-2
структуру микрошлифов исследовали методом металлографического сравнительного анализа с помощью аппаратно-программного комплекса на базе микроскопа «Carl Zeiss Axiotech vario». Микроструктура горячекатаных заготовок диаметром 140 мм, полученных по опытным и обычной заводской технологиям, показана на рис. 2. Из рисунка видно, что раскисление стали 32Г2-2 СРМ-1 по заводской технологии в количестве 0,02% от массы металла в сталь-ковше позволило измельчить размер зерна в 2-4 раза (рис. 2, б), а раскисление стали лигатурой
СРМ-2 сэндвич-процессом в количестве 0,02% от массы метала в сталь-ковше - в 6-8 раз (рис. 2, в).
Таким образом, установлено, что структурно-высокодисперсный силуминовый раскислитель-модификатор позволяет уменьшить количество вводимых в жидкую сталь кусковых и трайб-аппа-ратных раскислителей более чем на 30%, снизить запороченность слитков по ликвационным полоскам в 2 раза, содержание серы в стали на 11-26% и фосфора на 12-42%, а также измельчить размер зерна стали в 2-8 раз.
Литература
1. Г о л у б ц о в В. А. Теория и практика введения добавок в сталь-ковш вне печи. Челябинск, 2006.
2. М а р у к о в и ч Е. И., С т е ц е н к о В. Ю., Г у т е в А. П., А н д р и а н о в Н. В., М а т о ч к и н В. А. Модифицированный силуминовый модификатор для непрерывной разливки стали на МНЛЗ // Металлургия и литейное производство. 2007. Беларусь: Тр. конф. Жлобин, 2007.
3. С т е ц е н к о В. Ю., Г у т е в А. П., Г а ц у р о В. М., В о в с я С. А. Сэндвич-процесс при модифицировании стали // Металлургия и литейное производство. 2007. Беларусь: Тр. конф. Жлобин, 2007.
4. С т е ц е н к о В. Ю., Р а д ь к о С. Л. Литье силуминов в кокиль со струйной системой охлаждения // Литье и металлургия. 2006. № 2. С. 136-138.
5. М а р у к о в и ч Е. И., С т е ц е н к о В. Ю. Модифицирование сплавов. Мн.: Беларуская навука, 2009.
6. С т е ц е н к о В. Ю., Р а д ь к о С. Л. Улучшение структурной наследственности поршней из доэвтектического силумина АК5М7 // Литье и металлургия. 2005. № 2. Ч. 1. С. 127-128.
