CC BY
334
ЛИТЕЙНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
УДК 669.187.25:669.15 Давыдов Н.Г., Лямзин В.А.
ОСОБЕННОСТИ ВЫПУСКА ИЗ ПЕЧИ И РАЗЛИВКИ ВЫСОКОМАРГАНЦЕВОЙ СТАЛИ ТИПА 110Г13Л
Аннотация. В статье рассматриваются технологические особенности выпуска и разливки в формы высокомарганцевой стали 110Г13Л и сделан анализ влияния этих особенностей на механические и служебные характеристики стали (на ударную вязкость, предел прочности, относительное удлинение, хладостойкость, трещиностойкость и др.).
Ключевые слова: сталь, технология выпуска стали, разливка, литейная форма, механические свойства, хладноломкость, износостойкость, трещиностойкость, неметаллические включения.
Высокомарганцевая сталь, изобретённая в XIX веке, играет до сих пор важную роль как своеобразный конструкционный материал в машиностроении и других отраслях промышленности. Эта сталь, применяемая в основном в литом состоянии, способна к самоупрочнению при воздействии на неё ударных и ударно-абразивных нагрузок или высоких удельных статических давлений. Изделия из высокомарганцевой стали в условиях эксплуатации приобретают высокую прочность, твёрдость и износостойкость поверхностных слоёв, подвергаемых внешнему воздействию. Для изготовления многих изделий (зубьев ковшей карьерных экскаваторов, дробящих деталей щековых и конусных дробилок, переводных крестовин железных дорог, трактов гусеничных машин и др.) высокомарганцевая сталь является незаменимой. Эту сталь выплавляют в электрических дуговых печах с основной футеровкой ёмкостью обычно до 10 т тремя методами:
- на основе углеродистой шихты с окислением примесей;
- без окисления примесей (путём переплава высокомарганцевого лома);
- сплавлением углеродистого металла с ферромарганцем.
Одной из важнейших операций, обеспечивающих получение качественных отливок из этой стали, является разлива этой стали по формам [1]. Оптимальный температурный режим разливки должен обеспечить требуемые технологические свойства, главными из которых являются жидкотекучесть и трещиностойкость (устойчивость против образования трещин). Заливка форм перегретым жидким металлом приводит к увеличению в отливках зоны дендритной структуры, получению в этих отливках крупного микрозерна, в результате чего ухудшается ударная вязкость стали (особенно при низких температурах), а также её прочность, пластичность, износостойкость, хладостойкость, но особенно трещиностойкость.
© Давыдов Н.Г., Лямзин В.А., 2016
Основными причинами повышенной склонности высокомарганцевой стали к образованию дендритной структуры при её разливке при высоких температурах (выше оптимальной) являются малое число центров кристаллизации, низкая теплопроводность этой стали, большая линейная скорость роста кристаллов и высокая чувствительность к перегреву. Чем мельче зерно аустенита, тем тоньше возникает межзеренная прослойка, следовательно, эта прослойка в меньшей степени будет ослаблена фосфидными, оксисульфидны-ми и карбидными включениями. Мелкие зёрна имеют более равномерный химический состав и невысокую внутрикристаллическую ликвацию.
С повышением температуры заливаемого в форму металла увеличивается время его нахождения в жидком состоянии, что приводит к увеличению количества микропор на границах зёрен в отливках. По этой причине межзёренные границы высокомарганцевой стали часто являются плоскостями наибольшей слабины, на которых происходит зарождение и развитие трещин. Кроме того, в структуре металла отливок увеличивается количество карбидов, развиваются ликвационные процессы, резко возрастает вероятность появления в отливках надрывов, газовых раковин, усадочной пористости, увеличивается пригар (утолщается трудноудаляемая пригоревшая корка на поверхности литья).
С повышением температуры выпуска и разливки стали по формам возрастает её агрессивность к огнеупорам ковша и песчаной форме, что ведёт к увеличению засорённости металла отливок экзогенными неметаллическими включениями. Однако при чрезмерном снижении температуры разливаемого по формам металла (до 1425-1435°С) на поверхности тонкостенных отливок вследствие образования оксидных плёнок МпО весьма часто возникают складки и завороты плен, внешне похожие на спаи или неслитины.
С точки зрения практики определённый интерес представляют количественные зависимости между температурой разливки высокомарганцевой стали и её механическими характеристиками. Установлено, что с
ЛИТЕЙНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
понижением температуры заливки металла в формы его показатели механических свойств возрастают. Ударная вязкость (КСи), предел прочности (Ов) и относительное удлинение (5) этой стали связаны с температурой её разливки следующими математическими соотношениями [2]:
КСи = 123 - 0,07^ Ов = 220 - 0,097^ 5 = 123 - 0,062^ где t - температура разливки стали.
Условный порог хладноломкости стали (температура, при которой ударная вязкость по сравнению со значениями её при комнатной температуре уменьшается в два раза) с понижением температуры разливки сдвигается в сторону более низких температур. Так, с понижением температуры разливки с 1470 до 1410°С порог хладноломкости изменяется от -20 до -50 °С.
Многолетняя практика показала, что оптимальная температура заливки высокомарганцевой стали в песчаные и металлические формы составляет от 1425 до 1480°С [2].
Наиболее эффективным способом измельчения первичного зерна высокомарганцевой стали является снижение температуры разливки стали, хотя размер этого зерна можно регулировать рядом других технологических факторов (приведенной толщиной стенок отливок, скоростью заполнения полости формы жидким металлом, охлаждающей способностью литейной формы, модифицированием жидкой стали титаном, бором, церием, никель-магниевой и другой лигатурой, алюминием, а также применением суспензионной заливки форм) [3].
На большей части отечественных и зарубежных заводов температура выпуска высокомарганцевой стали из печи составляет от 1490 до 1530°С. На Норильском горно-металлургическом комбинате (НГМК) эту сталь выпускают из печи в большинстве случаев с перегревом (при температуре 1500-1540°С). Выдержка жидкого металла в ковше перед разливкой по формам составляет от 5 до 12 мин. Эта выдержка необходима для уменьшения содержания неметаллических включений в стали вследствие выноса их конвективными потоками и для частичного удаления растворенных газов. В процессе выдержки жидкого металла в ковше возникает перепад температур между верхними и нижними слоями, который к началу разливки может достигать 20-70°С. Чем больше в ковше толщина шлакового покрова жидкого металла, тем с меньшей скоростью происходит охлаждение этого металла. Формы для тонкостенных отливок заливают в первую очередь, т.е. наиболее горячим металлом, а для толстостенных - в последнюю. Многолетняя практика литейного цеха механического завода НГМК показала, что температуру заливки высокомарганцевой стали в литейные формы можно определить с допустимой погрешностью по следующей эмпири-
ческой формуле:
t3 = 1485°С - 0,3 5отл,
где t3 - температура заливки стали в форму;
5отл - преобладающая толщина стенки будущей отливки, мм.
Оптимальный температурный интервал разливки стали составляет 35-55 °С.
Футеровку разливочного ковша перед выпуском в него стали нагревают до 250-450°С. Падение (понижение) температуры стали при её выпуске из печи в ковш определяется скоростью её выпуска, компактностью струи, наличием шлака на струе стали и колеблется в пределах 35-60°С независимо от вместимости печи (от первоначального количества в ней жидкой стали). Чем дольше длится выпуск, тем больше длительность контакта жидкого металла с кислородом воздуха, что приводит к интенсификации процесса окисления марганца в стали. Содержание закиси марганца (МпО) в шлаке в конце разливки увеличивается в 2,0-3,5 раза по сравнению с содержанием в шлаке перед выпуском плавки из печи.
Для уменьшения времени контакта струи металла с воздухом сталь из печи следует выпускать компактной струёй максимально допустимого сечения при небольшой высоте падения жидкого металла в ковш. Струя не должна ударяться об стопор или стенку ковша, иначе она разделится на несколько прерывистых мелких потоков. Разрывать струю металла при заливке форм нельзя из-за опасности образования в отливках таких разновидностей брака, как завороты, неслитины, спаи. Пробка стопора должна быть тщательно «приработана» при заливке первой литейной формы таким образом, чтобы стаканчик при последующей заливке формы закрывался полностью и металл через него не протекал. Поэтому первая форма должна быть предназначена для получения массивной толстостенной детали.
Дальнейшее совершенствование не только технологии выплавки, но и выпуска и разливки высокомарганцевой стали позволит существенно снизить брак получаемых из неё отливок [4] (ныне он составляет до 7% от общей массы получаемого литья).
Список литературы
1. Житнов С.В., Давыдов Н.Г., Братчиков С.Г. Высокомарганцевые стали. М.: Металлургия, 1995. 307 с.
2. Влияние температуры заливки на механические свойства и хладноломкость высокомарганцевой стали Г13Л / Ю.А. Шульте, А.И. Корнейчук, А.А. Шерстюк, Б.С. Сперанский // Металлургическая и горно-рудная промышленность. 1971. № 2. С. 48-50.
3. Prodaction of High-Manganese Steel in Arc Furnaces. Part 2 / K.N. Vdovin, N.A. Feoktistov, E.V. Sinitskii, D.A. Gorlenko, N.A. Durov // Steel and Translation, 2016, vol. 46, no. 1, pp. 16-20.
4. Парасюк П.Ф., Мигаль А.И., Желтяков В.В. Совершенствование разливки высоколегированных аустенитных сталей // Металлург. 1986. № 10. С.20-21.
№2 (19). 2016
33
Раздел 4
Сведения об авторах
Давыдов Николай Григорьевич - канд. техн. наук, проф. кафедры механики и инженерной графики Норильского государственного индустриального института, Норильск, Россия.
Лямзин Вячеслав Александрович - главный инженер механического завода Норильского горно-металлургического комбината, Норильск, Россия.
INFORMATION ABOUT THE PAPER IN ENGLISH
URES OF PRODUCING FROM STOVE AND TEEM HIGH-MANGANESE STEEL OF TYPE OF 110ri3L
Davidov Nikolai - Ph.D. (Eng.), Professor, Department of mechanics and engineering graphics Norilsk state industrial Institute, Norilsk, Russia.
Liamzin Viacheslav - chief engineer mechanical plant of the Norilsk mining and metallurgical combine. Norilsk, Russia.
Abstract. In the article the technological features ofproducing and teem are examined in the forms of high-manganese steel of 110ri3fi and the analysis of influence of these features is done on mechanical and official descriptions became (on shock viscidity, tensile strength, relative lengthening, cold- firmness, stability to the cracks and other).
Keywords: steel, technology of producing became, teem, casthouse form, mechanical properties, cold brittleness, wearproof-ness, stability to the cracks non-metal.
♦ ♦ ♦
