CC BY
12
Серiя: Техшчш науки ISSN 2225-6733
МЕТАЛУРГ1Я СТАЛ1
УДК 669.1.017
© Харлашин П.С.1, Гаврилова В.Г.2, Григор'ева М.О.3
ОЦ1НКА СТУПЕНЮ ВПЛИВУ ДЕЗАРСЕНАЦ11 СТАЛ1 10Г2Б НА II СТРУКТУРУ ТА ВЛАСТИВОСТ1
На ocHoei до^дження зразюв стал1 10Г2Б, за результатами 8 плавок, розглянуто вплив миш 'яку на комплекс и властивостей. З щею метою виконано аналiз мжро-структури i фрактограм зламiв ударних зразюв з рiзним ступенем дезарсенацИ', наведено результати мехатчних випробувань, виконана оцтка схильностi сталi до крихкого руйнування. Показано, що миш'як, який метиться в рудi та який переходить у сталь у масових ктькостях до 0,15%, не робить шюдливого впливу на яюсть сталi, що мiстить тобт.
Ключовi слова: дезарсенизащя, миш 'як, тобш, сталь, руйнування, мiкрострук-тура.
Харлашин П.С., Гаврилова В.Г., Григорьева М.А. Оценка степени влияния де-зарсенации стали 10Г2Б на ее структуру и свойства. На основе исследования образцов стали 10Г2Б, по результатам 8 плавок, рассмотрено влияние мышьяка на комплекс ее свойств. С этой целью выполнен анализ микроструктуры и фрак-тограмм изломов ударных образцов с разной степенью дезарсенации, приведены результаты механических испытаний, выполнена оценка склонности сталей к хрупкому разрушению. Показано, что мышьяк, содержащийся в руде, переходящий в сталь в массовых долях до 0,15%, не оказывает вредного влияния на качество ниобийсодержащей стали.
Ключевые слова: дезарсенация, мышьяк, ниобий, сталь, разрушение, микроструктура.
P.S. Kharlashin, V.G. Gavrylova, M.O. Grigoreva. Assessment of the impact of steel dezarsenation 10Г2Б on its structure and properties. On the basis of examination of samples of steel 10Г2Б, the results of 8 heats, arsenic is considered the influence of the complex of its properties. Completion of the microscopic analysis of the investigated samples of steel has shown that regardless of the degree dezarsenation aAs, ferrite pear-lite structure is formed with a small interlamellar distance. Factual analysis revealed that cooling destroyed the samples studied to become negative temperatures, regardless of the amount of arsenic, there is destruction of viscous pit. In analyzing the results of mechanical tests established that 10Г2Б steel containing arsenic strength, ductile properties and impact strength tests at various temperatures (except -60°C) are as little different from those in dezarsenation steel. Thus confirmed that the degree dezarsenation 10Г2Б steel complex on the microstructure and mechanical properties slightly affected. It is shown that arsenic in amounts in the niobium steel passing from the starting ore (mass fraction of up to 0,15%), no adverse effect on the quality of this steel, which gives the basis to expand its range of applications without further remove said element. Keywords: arsenic, niobium, steel, destroying, micro- structure.
Постановка проблеми. Постшне тдвищення вимог до конструкцшних сталей викликае необхщшсть подальшо! onrnMi3a^i процешв ix виплавки та рафшування. Тому важливою е
1 д-р техн. наук, професор, ДВНЗ «Приазовський державний техтчний ушверситет», м. Марiуnоль
2 канд. техн. наук, доцент, ДВНЗ «Приазовський державний техтчний ушверситет», м. Марiуполь
3 канд. техн. наук, доцент, ДВНЗ «Приазовський державний техтчний ушверситет», м. Марiуполь
Серiя: Технiчнi науки ISSN 2225-6733
ощнка впливу ступеню деарсешзацп на структуру та мехашчш властивостi сталi, що мiстить нюбш, виплавлено! з миш'яквмiстких залiзних руд.
Аналiз останнiх дослiджень i публжацш. На даний час основною метою металургшно-го виробництва е тдвищення якостi металопродукцп при зниженнi витрат на виробництво [1]. Руди з миш'яком у своему складi можуть мютити деяку кiлькiсть легуючих елеменпв, якi при вiдновленнi переходять в чавун ^ при подальшому передш, в сталь [2-5]. В них мютиться невелика кiлькiсть ванадда, хрому, нiкелю, титану, нiобiю, церда й iнших елементiв, що стало основою для висновку, зробленого авторами деяких робгг [5, 6], про те, що висою характеристики сталей, що виготовляються на базi ще! руди, обумовленi наявнiстю у не! саме цих природноле-гуючих елементiв, якi знижують вплив миш'яку, який, на !х думку, е небажаною домiшкою та пiдлягае видаленню зi сталi.
У спецiальнiй лiтературi досить мало даних щодо виршення ще! проблеми взагалi, отже викликае штерес оцiнка впливу миш'яку, який може переходити у сталь з руди при виплавщ, а також визначення його кшькосп, яка не знижуе мехашчних властивостей металопродукцп.
Мета статть Аналiз структурного стану та мехашчних властивостей стат 10Г2Б рiзних плавок залежно вiд ступеня видалення з них миш'яку аА (%) та загальна ощнка необхiдностi проведення деарсешзацп.
Виклад основного матерiалу. Для перевiрки доцiльностi видалення миш'яку з низьколе-говано! нюбшвмютко! сталi 10Г2Б, хiмiчний склад яко! наведений у таблищ 1, проведенi досль дження И властивостей тсля введення розрахункових кшькостей дезарсенуючих присадок в процес виплавки експериментальних зливкiв масою 18 кг. З щею метою було виконано 8 плавок з поступовим зниженням масово! долi миш'яку з 0,148 до 0,003%.
Таблиця 1
Хiмiчний склад дослщжувано! стат 10Г2Б за плавочним аналiзом _тсля рiзного ступеню дезарсенацií_
№ плавки Вмют елеменпв, % мас.
С Si Мп № S Р А1 Сг № Си А8 Fe
1 0,130 0,17 1,36 0,06 0,017 0,013 0,028 0,08 0,029 0,13 0,148 шш.
2 0,145 0,14 1,44 0,06 0,020 0,015 0,030 0,07 0,022 0,13 0,105
3 0,155 0,16 1,29 0,06 0,021 0,012 0,023 0,08 0,026 0,13 0,091
4 0,140 0,17 1,50 0,06 0,019 0,021 0,027 0,06 0,018 0,14 0,065
5 0,160 0,13 1,45 0,06 0,018 0,017 0,035 0,06 0,027 0,13 0,047
6 0,145 0,17 1,36 0,06 0,021 0,022 0,022 0,06 0,019 0,13 0,026
7 0,140 0,17 1,50 0,05 0,022 0,019 0,029 0,05 0,021 0,13 0,021
8 0,155 0,16 1,47 0,06 0,021 0,018 0,027 0,08 0,025 0,13 0,003
Експериментальш зливки пiсля повного охолодження, витягання з чавунних виливниць, маркування й на^ву в силгговш печi були прокатанi на лист 12^14 мм на лабораторному станi «ДУ0-300» з обтисненням 6-8 мм за 5 пропусюв. З отриманих пластин виготовлеш зразки для механiчних випробувань вщповщно до ДСТ 1497-84 та ДСТ 9464-78. Результати мехашчних випробувань представлен в таблищ 2.
Для аналiзу мшроструктур використовувалися методи яюсно! та кiлькiсноí металографií [7, 8] на металографiчному мiкроскопi Axilo ОЬ8еуег А1МАТ040. Фрактографiчнi дослiдження виконувалися за допомогою растрового електронного мiкроскопу РЕМ 200.
Аналiз результатiв механiчних випробувань на розтягнення й ударний вигин показав, що в дослщженш стал^ яка мютить миш'як в межах концентращй до 0,15% мас. i дезарсеновано! шляхом введення присадки металевого кальщю до 0,021% мас., змша межi мiцностi св знахо-диться на рiвнi значень вiд 510 до 560 МПа, а межi текучост ст - вiд 390 до 415 МПа, тобто щ характеристики практично не змшюються при стабшьних значеннях показникiв пластичностi
Серiя: Технiчнi науки ISSN 2225-6733
(вщносне подовження 5 = 29—36%, вщносне звуження у = 55—65%) i практично не в^^зняють-ся вiд вiдповiдних показниюв сталi, що не пiддавалася дезарсенуючш обробцi. Ударна в'язкiсть (КСи) зразюв сталi зi ступенем дезарсенацп аА = 29—58% дещо нижче початково! в усьому ш-тервалi температур випробувань, за винятком температури -60°С. В результатi випробувань при такш температурi у разi ступеня дезарсенацп 58,0% ударна в'язкiсть становиться рiвною первиннiй i складае 0,76 МДж/м2. При великих ступенях дезарсенацп (аАк > 68%) ударна в'яз-юсть зразкiв при температурi випробувань +20°С складае 1,11—1,17 МДж/м2, тобто знаходиться на рiвнi й навiть дещо перевищуе значення КСи 1,11—1,17 МДж/м2 стат з початковим вмiстом миш'яку. Невелике тдвищення ударно! в'язкостi спостерiгаеться у стат 10Г2Б й при темпера-турi 0°С.
Таблиця 2
Вплив ступеню дезарсенацi! на механiчнi властивосп сталi 10Г2Б
Стутнь видален- ня Аб ^ % Мехашчш властивосп
№ пл. Масова частка АБ, % ст, МПа МПа 5, % V, % КСи, МДж/м2, при рiзних температурах випробувань, °С
+20 0 -20 -40 -60
1 0,148 0,0 405 520— 33—36 58— 1,11— 1,06— 1,04— 0,95— 0,69—
530 65 1,17 1,13 1,08 1,00 0,81
2 0,105 29,0 410— 550— 55—63 55— 1,01— 1,04— 0,95— 0,87— 0,57—
415 560 63 1,23 1,08 1,01 0,92 0,70
3 0,091 36,5 410 550 57 57 1,08— 1,18 1,00— 1,15 0,94— 1,00 0,90— 0,97 0,57— 0,71
4 0,065 58,0 400— 530— 55 55 1,03— 1,03— 0,94— 0,90— 0,68—
410 540 1,09 1,05 1,01 1,01 0,81
5 0,047 68,0 390 520 55—62 55— 62 1,11— 1,24 1,09— 1,16 1,03— 1,05 0,88— 0,94 0,59— 0,70
6 0,026 83,5 390 510— 60—65 60— 1,09— 1,05— 0,97— 0,73— 0,61—
520 65 1,26 1,20 1,01 0,93 0,72
7 0,021 86,0 390— 530 59—61 59— 1,15— 1,08— 1,00— 0,78— 0,59—
440 61 1,27 1,20 1,09 0,89 0,70
8 0,003 100,0 405— 530— 57—66 57— 1,01— 0,99— 0,90— 0,79— 0,59—
410 550 66 1,12 1,05 1,00 0,91 0,71
Дослiдження мiкроструктури експериментальних плавок низьколеговано! сталi з нiобiем показало, що вона, незалежно вщ ступеню дезарсенацi! аАк, складаеться з фериту i перлiту (рис. 1). Проте при малш величинi аАк в межах !! значень вщ 0 до 29,0% перлiтова складова мае малу мiжплощинну вiдстань, яка при збшьшенш ><350 практично не визначаеться (рис. 1, а, б). При збшьшенш ступеню дезарсенацп до аАк > 36,5%, а отже, при зменшенш масово! долi миш'яку в стат до < 0,091% аб, в перлiтi виявлеш пластини цементиту i фериту, що чергуються. Такий саме ефект спостертаеться i в сталi аналогiчного складу, виплавленш з руди, що не мю-тить миш'яку (рис. 1, з).
Для ощнки впливу ступеню дезарсенацп низьколеговано! стат на !! схильнiсть до крих-кого руйнування виконане визначення долi волокнистою складовою в зламi дослiджуваних зра-зюв за фрактограмами (рис. 2, 3), по якш оцiнювалися верхня критична температура — Тк , що
вщповщае 90% волокнистого зламу, та нижня критична температура ТН , яка вщповщае 10% волокнистого зламу. Результати дослщжень наведенi на рис. 4, з якого видно, що критичш температури практично не змшюються вщ мiри дезарсенацп i складають Твк = 17°С та ТН = -60°С.
2017р. Сеpiя: Теxнiчнi науки Bип. 35
ISSN 2225-6733
ж
з
Рис. 1 - Мiкрoстрyктyрa стaлi 10Г2Б з рiзним стyпeнeм дeзaрсeнaцiï aA (%) y толя-ризoвaнoмy свiтлi (x350): a - 0%; б - 29,0%; в - 36,5%; г - 58,0%; д - 68,0%; e -83,5%; ж - 86,0%; з - з руди бeз миш'ят
Рис. 2 - Фрaктoгрaми злaмiв стaлi 10Г2Б з рiзним стyпeнeм дeзaрсeнaцiï, aAs (%) при тeмпeрaтyрi випрoбyвaння 00С, (x2020): a - 0%; б - 29,0%; в - 36,5%; г -58,0%; д - 68,0%; e - 83,5%; ж - з руди бeз миш'ят
Серiя: Tеxнiчнi науки ISSN 2225-67ЗЗ
ж
Рис. 3 - Фрактограми зламiв стаи 10Г2Б з рiзним стyпенем дезарсенацп, aAs (% при температyрi випробyвання -40oc, (x2020): а - 0%; б - 29,0%; в - 36,5%; г 58,0%; д - 68,0%; е - 83,5%; ж - 86,0%; з - з руди без миш'яку
Рис. 4 - Змша дол1 волокнисто'1 складово'1 в1д температури випробувань в зламах зразкiв стал! 10Г2Б з р!зним ступенем дезсарсенацп, aAs (%): а - з кривор!зьких руд без миш'яку; б - 86,0%; в - 83,5%; г - 58,0%; д - 29,0%; е - 0,0%
з
Серiя: TexHÏ4HÏ науки ISSN 2225-6733
Висновки
В робот обгрунтовано можливють використання руд, що мютять миш'як, без ïx додатко-boï дезарсенацiï.
Виконаний мiкроскопiчний аналiз зразюв сталi 10Г2Б показав, що незалежно вщ ступеню дезарсенацiï aAs мае мiсце однорiдна, феррито-перлiтова структура з малою мiжплощинною вiдстанню. Фактографiчний аналiз пiдтвердив, що при охолодженш до -40°С зразкiв дослщжу-ваноï сталi, незалежно вiд кiлькостi миш'яку, мае мiсце в'язке ямкове руйнування.
Аналiз результатiв меxанiчниx випробувань показав, що в стат 10Г2Б, що мютить миш'як, мiцнiстнi, пластичш властивостi та ударна в'язкiсть при рiзниx температурах випробуван-ня (за винятком -60°С) мають значення, що майже не в^^зняються вiд вщповщних показникiв дезарсеновано1' сталi. Таким чином, стутнь дезарсенацiï сталi 10Г2Б на мшроструктуру i комплекс мехашчних властивостей впливае незначно.
Показано, що миш'як в кшькостях, що переходять в сталь з руди (масова доля до 0,15%), не робить шкщливого впливу на якють тако1' стал^ що дае пiдставу розширювати коло ïï засто-сування без додатково1' дезарсенацiï.
Список використаних джерел:
1. Харлашин П.С. Мышьяк в металлургических расплавах, процессах, технологиях : монография / П.С. Харлашин. - К. : Вища школа, 2007. - 537 с.
2. Влияние вредных примесей и неметаллических включений [Электронный ресурс] : [Вебсайт]. - Электронные данные. - 2011. - Режим доступа: www.allmetallurgy.ru/stal/1782-vliyanie-vrednyx-primesei-i-nemetallicheskix-vklyuchenij.html). - Название с экрана.
3. Основные минералы и характеристика железных руд [Электронный ресурс] : [Веб-сайт]. -Электронные данные. - Новотроицк, 2015. - Режим доступа: www.mylektsii.ru/7-51222.html. -Название с экрана.
4. Ершов Г.С. Свойства металлургических расплавов и их взаимодействие в сталеплавильных процессах / Г.С. Ершов, Ю.Б. Бычков. - М. : Металлургия, 1983. - 216 с.
5. Харлашин П.С. Исследование физико-химических свойств Fe-As, Fe-As-C, Fe-As-C-S-P расплавов и поведение мышьяка в процессах производства стали / П.С. Харлашин // Современные технологии для производства и разливки стали. - Варна, 1989. - С. 289-302.
6. Некоторые особенности поведения мышьяка при рафинировании железоуглеродистых расплавов / Г.Д. Молонов, П.С. Харлашин, А.И. Кириленко, И.Т. Шевелев // Физико-химич. основы пр-ва стали : тез. докл. 8-й конф. - М., 1977. - Ч. 1. - С. 61.
7. ГОСТ 5639-82. Стали и сплавы. Методы выявления и определения величины зерна. -Введ. 1983-01-01. - М. : Госстандарт СССР, 1982. - 21 с.
8. ISO 643-2003. Steels - Micrographie determination of the apparent grain size. - Введ. 2003-09-01. -2003. - 42 с.
References:
1. Kharlashin P.S. Mysh'iak v metallurgicheskikh rasplavakh, protsessakh, tekhnologiiakh [Arsenic in metallurgical melts, processes, technologies]. Kiev, Vishcha shkola Publ., 2007. 537 p. (Rus.)
2. Vliianie vrednykh primesei i nemetallicheskikh vkliuchenii (Influence of harmful impurities and non-metallic inclusions) Available at: http://allmetallurgy.ru/stal/1782-vliyanie-vrednvx-primesej-i-nemetallicheskix-vklyuchenij.html (accessed 14 March 2017).
3. Osnovnye mineraly i kharakteristika zheleznykh rud (Basic minerals and characteristics of iron ores) Available at: http://mylektsii.ru/7-51222.html (accessed 15 February 2017).
4. Ershov G.S., Bychkov Iu.B. Svoistva metallurgicheskikh rasplavov i ikh vzaimodeistvie v stalepla-vil'nykh protsessakh [Properties of metallurgical melts and their interaction in steelmaking processes]. Moscow, Metallurgija Publ., 1983. 216 p. (Rus.)
5. Kharlashin P.S. Issledovanie fiziko-khimicheskikh svoistv Fe-As, Fe-As-C, Fe-As-C-S-P rasplavov i povedenie mysh'iaka v protsessakh proizvodstva stali [Investigation of the physicochemical properties of Fe-As, Fe-As-C, Fe-As-C-S-P melts and behavior of arsenic in steel production processes]. Sovremennye tekhnologii dlia proizvodstva i razlivki stali - Modern technologies for steel production and casting, 1989, рр. 289-302. (Rus.)
6. Molonov G.D., Kharlashin P.S., Kirilenko A.I., Shevelev I.T. Nekotorye osobennosti povedeniia
Серiя: TexHÏ4HÏ науки ISSN 2225-6733
mysh'iaka pri rafmirovanii zhelezouglerodistykh rasplavov. Tezisy dokladov 8 konf. «Fiziko-khimicheskie osnovy proizvodstva stali» [Some peculiarities of arsenic behavior during refining of iron-carbon melts. Abstracts of 8th Conf. «Physico-chemical fundamentals of steel production»]. Moscow, 1977, no. 1, p. 61. (Rus.)
7. GOST 5639-82. Stali i splavy. Metody vyiavleniia i opredeleniia velichiny zerna [Steels and alloys. Methods for the detection and determination of grain size]. Moscow, State Standard of the USSR Publ., 1982. 21 p.
8. ISO 643-2003. Steels - Micrographic determination of the apparent grain size. 2003. 42 p.
Рецензент: В.Г. Сфременко
д-р техн. наук, проф., ДВНЗ «ПДТУ»
Стаття надшшла 11.09.2017
УДК 669.18
© Чичкарев Е.А.1, Алексеева В.А.2
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ УДАЛЕНИЯ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ВКЛЮЧЕНИЙ В ПРОМЕЖУТОЧНОМ КОВШЕ СЛЯБОВОЙ МНЛЗ
Сформулирована комбинированная математическая модель удаления неметаллических включений в промковше слябовой МНЛЗ за счет флотации и всплывания. Рост доли объема промковша с режимом идеального вытеснения (с ламинарным течением) ведет к снижению остаточной доли неметаллических включений. При продувке аргоном в промковше эффективность флотации зависит от размера неметаллических включений, размера пузырьков газа, среднего времени пребывания металла.
Ключевые слова: неметаллические включения, продувка инертным газом, кривая RTD, ячейка идеального смешения, ячейка идеального вытеснения.
Чичкарьов С.А., Алексеева В.А. Моделювання процеав видалення неметалевих включень у промiжному ковшi слябово1 МБЛЗ. Сформульована комб1нована ма-тематична модель видалення неметалевих включень в промковш1 слябовог МБЛЗ за рахунок флотацп та спливання. Зростання частки обсягу промковша з режимом iдеального вит!снення (з ламтарним плином) веде до зниження залишковоХ частки неметалевих включень. Шд час продування аргоном в промковшi ефективтсть флотацИ' залежить вiд розмiру неметалевих включень, розмiру бульбашок газу, се-реднього часу перебування металу.
Ключовi слова: неметалевi включення, продування тертним газом, крива RTD, осередок iдеального змшування, осередок iдеального витiснення.
E.A. Chychkarov, V.A. Alekseeva. Modelling the processes of nonmetallic inclusions removal in the tundish of the slab CCM. The analysis of the main approaches to the description of the processes of nonmetallic inclusions removal in the tundish during continuous casting is performed. It is shown that in studying the hydrodynamic processes in the tundish, the distribution curves of residence time (RTD) are widely used, which are described by a combination of idealized cells. A combined mathematical model for the removal of nonmetallic inclusions in the tundish of slab CCM due to flotation and floating is formulated. The possibilities of their removal for limiting variants of mixing condi-
1 д-р техн. наук, профессор, ГВУЗ «Приазовский государственный технический университет», г. Мариуполь, influence@meta. ua
2 ассистент, ГВУЗ «Приазовский государственный технический университет», г. Мариуполь, aveni0333@gmail. com
