CC BY
18
Уразбаев Т. Т.
ассистент Турсунов Т.М. старший преподаватель Мамаев Ш.И. исполняющий обязанности доцента Авдеева А.Н., кандидат технических наук
доцент Абдурахимов М.М. Валиева Д.Ш. ассистент
кафедра «Материаловедение и машиностроение» Ташкентский государственный транспортный университет
Узбекистан, г. Ташкент
ИССЛЕДОВАНИЕ И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ВЫСОКОМАРГАНЦЕВОЙ СТАЛИ 110Г13Л ДЛЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ КРЕСТОВИН
Аннотация. В данная статья посвящена исследованию процессов совместного раскисления и модифицирования высокомарганцовистой стали 110Г13Л в (Al+Ti) и (ФС45А15+Т,i), при выполнении серии лабораторных экспериментов в печи сопротивления (печь Таммана).
В итоге изменения модификатора при плавки стали 110Г13Л для железнодорожных крестовин, ударная вязкость, в суммарные содержания (FeO) и (MnO)=5,18%, равна 230 Дж/см3 (при 20 оС).
Ключевые слова: сталь 110Г13Л, модификатор Al+Тi, модификатор ФС45А15+Т1, ферросиликоалюминий, раскисление, степень усвоения, активность кислорода, крестовина.
Urazbaev T.T.
assistant Tursunov T.M. senior lecturer Mamaev Sh.I. acting associate professor Avdeeva A.N., candidate of technical sciences
associate professor Abdurahimov M.M. Valieva D.Sh. assistant
Department of Materials Science and Mechanical Engineering
Tashkent State Transport University Uzbekistan, Tashkent
RESEARCH AND IMPROVEMENT OF PRODUCTION TECHNOLOGY OF HIGH-MANGANESE STEEL 110G13L FOR RAILWAY FROGS
Annotation. This article is devoted to the study of the processes of joint deoxidation and modification of high-manganese steel 110G13L in (Al + Ti) and (FS45A15 + Ti), when performing a series of laboratory experiments in a resistance furnace (Tamman furnace).
As a result, the change in the modifier during the melting of steel 110G13L for railway frogs, impact strength, in the total content of (FeO) and (MnO) = 5.18%, is 230 J/cm3 (at 20 °C).
Key words: steel 110G13L, modifier Al+Ti, modifier FS45A15+Ti, ferrosilicoaluminum, deoxidation, degree of assimilation, oxygen activity, crosspiece.
В работе рассмотрена возможность экспресс-оценки X (FeO + MnO) путем измерения активности кислорода в жидкой стали. Монооксид марганца MnO, находящийся в стали, по данным большого количества исследований, значительно ухудшает ее трещиностойкость, износостойкость, пластичность, хладостойкость и другие свойства.
Высокомарганцевые стали, содержащие 8,5-15 % марганца, благодаря высокой износостойкости при воздействии ударных нагрузок, уже многие годы остаются незаменимым конструкционным материалом для изготовления сменных деталей машин и оборудования в машиностроительной, горнорудной, металлургической, железнодорожной и других отраслях промышленности. Из этих сталей изготавливают футеровки вихревых и шаровых мельниц, трамвайные и железнодорожные крестовины и стрелочные переводы, гусеничные траки, звездочки, зубья ковшей экскаваторов и другие детали.
В качестве альтернативы рассматривался, в том числе, ферросиликоалюминий (ФСА). Однако широкое применение ФСА сдерживалось недостаточной его изученностью, в частности, отсутствием надежных сведений о фазовом строении, об оптимальном расходе, о степени усвоения алюминия и об образующихся при этом НВ. Отсутствуют также данные об эффективности его применения в комплексе с титаном. [1]
Исследование эффективности замены модификатора (Al+Т i) на (ФС45А15+И) при обработке стали 110Г13Л содержание кислорода определено с помощью фракционного газ анализатора.
Для изучения процессов совместного раскисления и модифицирования высокомарганцовистой стали 110Г13Л в (Al+Ti) и (ФС45А15+Т^ было выполнена серия лабораторных экспериментов. Плавка проводилась в печи сопротивления Таммана.
Масса шихты в среднем составляла 310г. Металл расплавляли в алундовом тигле, материал которого выбирают в зависимости от
исследуемого металла, температуры опыта и раскислителя. Чушковый алюминия (А1+Т1) на ферросиликоалюминий (ФС45А15+Т1) подавали через кварцевую трубочку сверху в расплав в виде мелкодробленых кусочков. Нагрев и расплавление шихты (-60 мин) проводили в среде Аг. После расплавления металла в печи создавали среду чистого аргона и отбирали предварительную пробу. Засасывание пробы из расплава осуществлялось кварцевой трубочкой с внутренним диаметром 7 мм. Масса первый пробы составляла около 20 г. Пробу охлаждали в течение - 30 с в среде аргона, далее - на воздухе. После отбора пробы при расплавлении шихты присаживали алюминий и титан (А1+Т1), при заданном содержании осуществляли выдержку 10-15 мин для стабилизации температуры после присадки. После выдержки отбирали второю пробу. Вторую плавку проводили аналогично, в отличие от отбора первой пробы при расплавлении шихты присаживали ферросиликоалюминий и титан (ФС45А15+Т1).
Результаты опытных плавки и их обсуждения Определение содержания кислорода в образцах высокомарганцевой стали 110Г13Л проводили методом восстановительного плавления в токе инертного газа на анализаторе ТС-600 фирмы ЬЕСО.
Анализ результатов эксперимента. Содержание кислорода определяли в образцах высокомарганцевой стали 110Г13Л, отобранных до раскисления (проба 1) и после раскисления (проба 2).
Общее содержание кислорода в высокомарганцевой стали 110Г13Л до раскисления (проба 1) составляет 0,00332-0,00336 %, но после раскисления (проба 2) оно снижается до 0,00125 - 0,00188 %. При этом обработка высокомарганцовистой стали 110Г13Л раскислителя опытной технологии обеспечивает на треть меньшее содержание кислорода (таблица 1).
Таблица 1 - Содержание кислорода в высокомарганцевой стали
110Г13Л при обработке комплексами (А1+Т1) и (ФСА+Т1).
№ плавки Вариант обработки стали Место отбора пробы Содержание кислорода Е [О], % масс
1 Обработка в комплексом (0,7 кг/т А1 + 1,6 кг/т Т) До обработки 0,00322
После обработки 0,00188
2 Обработка в комплексом (3,5 кг/т ФСА + 1,6 кг/т Т) До обработки 0,00336
После обработки 0,00125
Измерение активности кислорода показывает (таблица 1), что при одинаковой активности кислорода в высокомарганцевой стали 110Г13Л обработка расплава комплексом (ФСА+Ть) обеспечивает более глубокое раскисление, чем в случае обработки ее комплексом (А1+Ть).
Остаточное содержание А1 и Ть. Исследовали также остаточное содержание и степень усвоения алюминия и титана при (А1+Т1) и (ФСА+Т1)
вариантах раскисления высокомарганцевой стали 110Г13Л. При обработке высокомарганцевой стали 110Г13Л по комплексом (А1+Т1) концентрация остаточного алюминия 0,018 %, а степень усвоения - 18,66 %. При обработке высокомарганцевой стали 110Г13Л по комплексом (ФСА+Т1) содержание остаточного алюминия 0,024 %, степень усвоения -44,58 %.
На рисунке 1 приведены сравнительные содержания остаточного алюминия ввысокомарганцевой стали 110Г13Л обработанной комплексом (А1+Т1) и (ФСА+Тр.
0.030
0.025
0.020
0.015
о4 0.010
с 0.005
0.000
□ А1., Ф..
0.095 0.09 0.085 0.08 0.075
□ Д1+Т I
Рисунок 1 - Остаточное содержание алюминия в высокомарганцевой стали 110Г13Л, обработанной комплексом (А1 + Т) и (ФСА + Т).
Рисунок 2 - Остаточное содержание титана в
высокомарганцевой стали 110Г13Л, обработанной комплексом (А1 + Т^ и (ФСА + Т).
1
1
Анализ содержания титана в обработанной комплексом (А1 + Т1) и (ФСА + Т1), плавках показал (рисунок 2), что в случае применения ФСА остаточное содержание титана составило 0,094 % по сравнению с 0,084 % при присадке титана совместно с алюминием, угар титана 39,9 % и 46,3 % соответственно. Это свидетельствует о том, что при таком же расходе титановой губки степень усвоения титана возрастает с 53,7 % до 60,1 % в случае его введения совместно с ФСА.
Рисунок 3- Зависимости растворимости кислорода в расплаве состава стали 110Г13Л при температуре 1873 К от концентрации кремния и алюминия: • - экспериментальные данные; Таблица 2 - Содержание кислорода в стали 110Г13Л экспериментальной и
расчетной
Вариант обработки стали 2 [0]эксп, % масс 2 [0]расч, % масс A£[O], %
Обработка в комплексом (0,7 кг/т А1 + 1,6 кг/т И) 0,00188 0,00225 0,00037
Обработка в комплексом (3,5 кг/т ФСА + 1,6 кг/т И) 0,00125 3AhO3^2SiO2 0,00125 0
AhO3-SiO2 0,0008 0,00045
Оценка разница расчетных и экспериментальных результатов по А [O] показала, что А [O] при обработка в комплексом (0,7 кг/т Al + 1,6 кг/т Ti) составило 3,7 ppm, а при обработке в комплексом (3,5 кг/т ФСА + 1,6 кг/т Ti) составило 4,5 ppm.
Определим активность кислорода. При содержании кислорода
0.00336. до обработки комплексом (ФСА+Ti), а^ =0,000585%, получим X(FeO+MnO)=5,18%.
Выводы
Для железнодорожных крестовин, ударная вязкость должна превышать 200 Дж/см3, для нашего случая, когда суммарное содержание (FeO) и (MnO)=5,18% при 20 оС, ударная вязкость равна 230 Дж/см3.
Реализация разработанных технологических рекомендаций опробования на заводе ЛМЗ ожидается получать качественные отливки без дефектов, с высоким и стабильным уровнем механических свойств и повысить эффективность ковшовой обработки и получить за счет снижения расхода раскислителя и модификатора экономический эффект.
Использованные источники:
1. С.В. Житнов, Н.Г. Давыдов, //Высокомарганцевые стали// Металлургия-М. 1995
2. Григорович К.В., Гарбер А.К.. Анализ процессов комплексного раскисления расплавов углеродистых сталей. Металлы, 2011, №5.
3. Турсунов, Нодиржон Каюмжонович, Талгат Тилеубаевич Уразбаев, and Тохир Муратжонович Турсунов. "Методика расчета комплексного раскисления стали марки 20гл с алюминием и кальцием." Universum: технические науки 2-2 (95) (2022): 20-25.
