CC BY
39
Серiя: Техшчш науки ISSN 2225-6733
D.N. Crowther // Proceedings of the international symposium 2001 on Vanadium application technology. Beijing, China, - 2001. - P.p. 99-131.
15. Influence of Strain Rate on Hot Ductility of a V-Microalloyed Steel Slab / S. GroBeiber [et al.] // Steel research international. - 2012. - Vol. 83. - Issue 5. - P.p. 445-455.
16. Ogorodnikova O.M. Prediction crystallization-tion of cracks in steel castings / O.M. Ogorodnik-ova, S.V. Martynenko, V.M. Grusman // Foundry. - 2008. - № 10. - P.p. 29-34. (Rus.)
17. Chen L. Effects of Second Phase Particle Dispersion on Kinetics of Isothermal Peritectic Transformation in Fe-C Alloy / L. Chen // ISIJ International. - 2012. - Vol. 52. - № 3. - P.p. 434-440.
18. Kato T. Improvement of hot shortness and prevention of transverse improvement of hot shortness and prevention of transverse cracking by slab surface microstructure control / T. Kato // 4th European Continuous Casting Conference. - Birmingham, United Kingdom, - 2002. - P.p. 849-857.
19. Berdnikov S.N. Improving the design of the narrow walls of the mold slab caster / S.N. Berd-nikov // Steel. - 2012. - № 2. - P.p. 92-95. (Rus.)
20. Eckhardt D. Selection of slag-forming mixtures for the continuous casting of carbon steel / D. Eckhardt, D. Behmann // Steel. - 2008. - № 11. - P.p. 19-22. (Rus.)
21. Sengupta J. A new mechanism of hook formation during continuous casting of ultra-low-carbon steel slabs / J. Sengupta // Metall and Mat Trans A. - 2006. - Vol. 37. - № 5. - P.p. 1597-1611.
Рецензент: В.Г. Ефременко
д-р техн. наук, проф., ГВУЗ «ПГТУ»
Статья поступила 10.04.2015
УДК 669.187.2
© Скребцов А.М.1, Хлестов В.М.2, Качиков А.С.3, Проценко Д.Н.4
АНОМАЛЬНОЕ ПОВЕДЕНИЕ ЛЕГИРУЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ СТАЛИ В НАСЛЕДСТВЕННОЙ СТРУКТУРЕ ТВЕРДОГО МЕТАЛЛА ПРИ ПЛАВКЕ ЕГО В ЭЛЕКТРОПЕЧИ
Обнаружено, что при плавке стали в электропечи действие компонентов расплава на наследственную структуру затвердевшего металла зависит от атмосферы печи (окислительной или восстановительный). Элементы, расширяющие области существования у-фазы железа в окислительный период плавки, уменьшают количество феррита в структуре затвердевшей стали. Те же элементы в восстановительный период плавки действуют в том же направлении, но значительно слабее.
Ключевые слова: элемент, сталь, у-фазы, а-фазы, феррит, перлит.
Скребцов О.М., Хлестов В.М., Качшов О.С., Проценко Д.Н. Аномальна поведтка легуючих елементiв cmaMi в спадковш cmpyKmypi твердого металу при плавц його в електропеч1 Виявлено, що при плавц стал1 в електропеч1 д1я компонент1в розплаву на спадкову структуру затвердтого металу залежить в1д атмосфери печ1 (окисног або в1дновлювальний). Елементи, що розширюють област1 ¡снування у-фази зал1за в окислювальний пер1од плавки, зменшують кшьюсть фериту в структурi затвердыог стал1. Ti ж елементи у в1дбудовний пер1од плавки дтть в тому ж напрямку, але значно слабше.
Ключовi слова: елемент, сталь, у-фази, а-фази, ферит, перлт.
1 д-р техн. наук, профессор, ГВУЗ «Приазовский государственный технический университет», г. Мариуполь
2 канд. техн. наук, доцент, ГВУЗ «Приазовский государственный технический университет», г. Мариуполь
3 аспирант, ГВУЗ «Приазовский государственный технический университет», г. Мариуполь, aleksej. sergeevich@mail. ги
4 аспирант, ГВУЗ «Приазовский государственный технический университет», г. Мариуполь
Серiя: Техшчш науки ISSN 2225-6733
O.M. Skrebtsov, V.M. Khlestov, O.S. Kachikov, D.N. Protsenko. Anomalous behavior of the steel alloying elements in the genetic structure of the solid metal at its smelting in electric furnaces. Melting process in an electric arc furnace and transformations taking place in solidified metals are not thoroughly understood yet. This article is devoted to these phenomena in liquid and solid metal and therefore is relevant at the moment. The authors sampled molten metal during all periods of mild steel smelting in an electric arc furnace beginning from melting the charge up to metal outlet out of the furnace into the ladle. Samples were analyzed for chemical elements content, and the microstructure of solidified samples (the ratio of ferrite and pearlite). It has been found that elements expanding у - phase domain of existence (Mn, Ni) during oxidation act similarly at deoxi-dation, but much weaker. This fact is interesting for science, it is advisable that these phenomena should be checked for the metal melted in other melting units - induction and crucible furnaces.
Keywords: element steel, у - phase, a - phase, ferrite, pearlite.
Постановка проблемы. В металловедческой литературе существуют убеждения, что некоторые элементы в стали (Mn, Ni, Cu, Zn и др.) расширяют область существования у - фазы железа или аустенита, другие элементы (Al, Si, Mo, Cr, V и др.) расширяют области а - фазы или феррита. В работе [1, 2] обсуждают структуру затвердевшей стали, как наследственное свойство жидкого расплава. Однако в этой работе и в других подобных работах совсем не рассматривается вопросы влияния условий выплавки металла на его свойства в твердом состоянии.
При этом в литературе также хорошо известно, что условия ее выплавки в различных плавильных агрегатах приведут к различным свойствам затвердевшего металла [3].
Анализ последних исследований и публикаций. Большинство авторов согласны с классификаций элементов работы [1] и других подобных работ по той же тематике по перечню элементов стабилизирующих у - фазы или а - фазы железа. Так, например, в работе [4] при изучении структуры перитектических сталей к у - стабилизирующим элементам отнесены Ni и Cu, а к а - стабилизирующим - Mo и Cr.
Цель статьи - на основании новых экспериментальных данных проанализировать влияние некоторых элементов (Mn, Si, Cr, Ni, Cu) на структуру затвердевшего металла.
Изложение основного материала. Опыты проводили в 25 т дуговой электропечи с окислительным и восстановительным периодами плавки. Химический состав выплавляемой стали был следующим: 0,17 - 0,25 С %; 0,90 - 1,4 Mn %; 0,30 -0,50 Si %; <0,030 S %; <0,040 P %; <0,30 Cr %; <0,30 Ni %; <0,60 Cu %; 0,07-0,13 V%. Технология плавки была обычной, она детально описана в литературе [3].
Всего было проведено 5 опытных плавок. Во время плавок, с помощью ложки сталевара, отбирали пробы жидкого металла, которые заливали в массивные чугунные пробницы. Размеры проб: высота 70 мм, диаметр 38 мм, масса проб - 500 - 560 г. Схема отбора проб по периодам
f « тая ^>ая оья ^ая ^ая ^ая ^ая
плавки была следующей: плавление - 1 , 2 , 3 ; окисление - 4 , 5 , 6 ; восстановление - 7 , 8ая, 9ая и 10ая - из ковша. Для всех проб металла выполнили их химический анализ и изучили микроструктуру. Химический анализ проб металла проводили на оптико-эмиссионном спектрометре GS - 1000 из модельного ряда OBLE.
Для металлографического анализа отожженных проб металла изготовили микрошлифы, которые протравили в 4% растворе азотной кислоты. При увеличении х 100 крат шлифы исследовали на оптическом бинокулярном микроскопе марки Axio Imagez A2m (производство германской фирмы Zeis AG). Он позволяет с помощью специальной программы Thixomet Pro определять по микроструктуре количественное соотношение феррита и перлита в стали.
Во всех пробах металла, по классическим представлениям, расширяют область существования у - фазы железа элемент, марганец в пределах до 1,0 - 1,2%, никель до 0,10%. Стабилизаторами а - фазы железа в пробах металла были хром до 0,15% и кремний до 0,45%. При обработке экспериментальных данных был составлен комплекс:
У = вд,
где Е2 - сумма содержаний элементов в пробах металла, расширяющих область у - фазы
В1СНИК ПРИАЗОВСЬКОГО ДЕРЖАВНОГО ТЕХШЧНОГО УН1ВЕРСИТЕТУ 2015р. Серiя: Техшчш науки Вип. 31
ISSN 2225-6733
железа, массовые %; Z1 - сумма содержаний элементов в пробах металла, расширяющих область а - фазы железа, массовые %.
На рис. 1 представлен процент феррита в стали в зависимости от показателя ¥ для окислительного периода (а) и восстановительного периода плавки (б). Из рис. 1 видны четкие зависимости: в окислительный период (а), чем больше содержание элементов, расширяющих у -область в стали, тем меньше процент феррита в затвердевшей стали. Из рис. 1 б видно, что металл восстановительного периода плавки в электропечи обладает меньшей способностью наследовать свойства жидкого расплава.
Рис. 1 - Содержание феррита в затвердевших пробах металла окислительного (а) и восстановительного (б) периода плавки в электропечи в зависимости от показателя ¥ химического состава металла, № проб и их обозначение: о - 4, 7; х - 5, 8; А - 6, 9
Таким образом, впервые показано, что свойства затвердевшей стали зависят от характера среды в плавильном агрегате - окислительной или восстановительной.
Для того чтобы иметь возможность сравнивать в разных опытах степень отклонения образовавшегося феррита от его равновесного состояния по диаграмме Fe-C по правилу отрезков нашли расчетное содержание феррита в стали Feрс в зависимости от концентрации в ней углерода [1]. При этом приняли, что в равновесном эвтектоидном сплаве содержание углерода 0,8%. Как известно, марганец при содержании его около 1% понижает концентрацию углерода
В1СНИК ПРИАЗОВСЬКОГО ДЕРЖАВНОГО ТЕХН1ЧНОГО УН1ВЕРСИТЕТУ 2015р. Серiя: Технiчнi науки Вип. 31
ISSN 2225-6733
в эвтектоиде до 0,7% [1]. Как показали расчеты, при принятых содержаниях углерода в эвтек-тоиде 0,7% или 0,8%, результаты вычисления существенно не отличаются друг от друга.
На рис. 2 показано отношение Фоп/Фрс % в зависимости от показателя химического состава металла Y. Отношение величин содержаний феррита имеет большой разброс точек в окислительный (рис. 2а) по сравнению с восстановительным периодом (рис. 2б). Для равновесного распределения элементов стали упомянутое отношение должно стремиться к единице. Таким образом, отношение Фоп/Фрс % может быть показателем однородности металлического расплава во время плавки его в электропечи.
Рис. 2 - Отношение процентов феррита опытного Фоп, % и расчетного Фрас, % в затвердевших робах металла окислительного (а) и восстановительного (б) периодов плавки стали в электропечи в зависимости от показателя ¥ химического состава металла
Выводы
Элементы, расширяющие область существования в наследственной структуре у - область железа, в восстановительный период плавки металла в электропечи действуют значительно слабее по сравнению с окислительным периодом.
В затвердевших пробах жидкой стали отношение содержаний феррита опытного и расчетного по диаграмме состояния Fe-C может быть использовано, как показатель однородности первоначального состояния расплавленного металла.
Серiя: TexHÏ4HÏ науки ISSN 2225-6733
Список использованных источников:
1. Гуляев А.П. Металловедение / А.П. Гуляев. - М. : Металлургия, 1986. - 542 с.
2. Структура затвердевшего металла как наследственное свойство химического состава жидкого расплава / А.М. Скребцов, В.М. Хлестов, А.С. Качиков, А.О. Секачев, В.В Терзи // Bi-сник Приазовського державного техшчного ушверситету : Зб. наук. пр. / ДВНЗ «ПДТУ». -Марiуполь, 2014. - Вип. 29. - С. 15-20.
3. Крамаров А.В. Производство стали в электропечах. - М. : Металлургиздат. - 1969. - 440 с.
4. Яценко А.И. Структурно-концентрационные особенности 5(а)^-у-превращения в низкоуглеродистых сталях / А.И. Яценко, К.Ю. Доронкин, П.Д. Гришко // Металловедение и термическая обработка металлов. - 1986. - № 7. - С. 18-20.
Bibliography:
1. Gulyaev A.P. Metallography / A.P. Gulyaev. - M. : Metallurgiya, 1986. - 542 p. (Rus.)
2. The structure of the solidified metal as the hereditary property of the chemical composition of the liquid melt / A.M. Skrebtsov, V.M. Khlestov, A.S. Kachicov, A.O. Sekachev, V.V. Terzi // Reporter of the Priazovskyi state technical university : collection of scientific works / SHEE «PSTU». - Mariupol, 2014 - Issue 29. - P. 15-20. (Rus.)
3. Kramarov A.V. The production of steel in electric furnaces. - M. : Metallurgizdat. - 1969. -440 p. (Rus.)
4. Yatsenko A.I. Structural-concentration effects S(a)^y-becoming a low-carbon steel / A.I. Yat-senko, K.Y. Doronkin, P.D. Grishko // Metallurgy and heat treatment of metals. - 1986. - № 7. -P. 18-20. (Rus.)
Рецензент: В.Г. Ефременко
д-р техн. наук, проф., ГВУЗ «ПГТУ»
Статья поступила 03.11.2015
УДК 669.154.002.61
© Иванов Г.А.1, Алексеева В.А.2, Семеренко А.А.
ВЛИЯНИЕ ИСХОДНОЙ МИКРОСТРУКТУРЫ ШИХТЫ АЛЮМИНИЕВОГО СПЛАВА ПОСЛЕ ЕЕ РАСПЛАВЛЕНИЯ НА НАСЛЕДСТВЕННУЮ СТРУКТУРУ ЗАТВЕРДЕВШЕГО МЕТАЛЛА
Исследовано влияние длительности изотермической выдержки на жидкотеку-честь расплава алюминия, выплавленного из мелкозернистой и крупнозернистой шихты. Установлено, что для крупнозернистого металла доплавление «генов» кристаллизации происходит в 1,4 раза быстрее по сравнению с мелкозернистой. Найдены уравнения математического описания процессов.
Ключевые слова: алюминий, квазикристалл, кластер, «ген» кристаллизации, до-плавление.
1ванов Г.О., Алексеева В.А., Семеренко О.О. Вплив початковог мжроструктури шихти алюмтевого сплаву тсля и розплавлення на спадкову структуру затве-рдыого металу. Досл1джений вплив тривалост1 ¡зотерм1чног витримки на р1дко-плинмсть розплаву алюмтт, виплавленого з др1бнозернистог 7 крупнозернистог
аспирант, ГВУЗ «Приазовский государственный технический университет», г. Мариуполь, [email protected]
2 ассистент, ГВУЗ «Приазовский государственный технический университет», г. Мариуполь, [email protected]
3 инженер, ТОВ «Метинвест - Мариупольский ремонтно-механический завод», г. Мариуполь, semerenko2013@list. ru
