Выбор оптимальных модифицирующих комплексов для среднеуглеродистых сталей с повышеной хладностойкостью Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ МОНИК М* 2 <М> 200?

Библиографический список

1. Волкомич Л-Л. Новые специальные технологии и оборудование в литейном производстве. Сб. науч.трудов. Прогрессивные технологические процессы и оборудование в литейном производстве// ПодредЛ.Л.Трухова - М.: Изд-воМГТУ яМАМИ», 2002. - С. 19.

2. Гарибян Г.С. Механизм пескодувно-импульсно-прессово-го процесса уплотнения литейных форм и радикальные параметры процесса: Диссертация канд. техн. наук., 1990. — 253 с.

ГАРИБЯН Гарегин Сережович, кандидат технических наук, доцент кафедры «Машины и технология литейного производства».

ШУЙКИН Олег Александрович, учебный мастер той же кафедры.

ЧЕРЕДНИЧЕНКО Максим Иванович, аспирант гой же кафедры.

ЛАВРИК Дмитрий Владимирович, инженер той же кафедры.

Статья поступила в редакцию 12.03.07 г.

® Г. С. Гарибян, О. Л. Шуйкин, М. И. Чередниченко,

Д. В. Лаирик

Г.Н. МИННЕХЛНОВ В. И. ГУРДИН Р. Г. МИННЕХЛНОВ

ООО «НПФ ЛиКОМ», г. Омск

Омский государственный технический университет

ВЫБОР ОПТИМАЛЬНЫХ МОДИФИЦИРУЮЩИХ КОМПЛЕКСОВ ДЛЯ СРЕДНЕУГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ С ПОВЫШЕННОЙ ХЛАДНОСТОЙКОСТЬЮ

В работе представлены результаты экспериментальных исследований по оценке влияния комплексных модификаторов на хладностойкость среднеуглеродистых сталей.

0,2 МПа до 0,5 МПа напряжение в смеси с ростом перепада растут, то при увеличении давления воздуха от 0,5 МПа до 0,6 МПа несмотря на рост перепада напряжения остаются без изменения. Это говорит о том, что при давлении воздуха 0,5 МПа напряжение в смеси доходит до своих предельных значений и дальнейшее повышение давления воздуха в ресивере на изменении напряжения не сказывается. Поэтому дальнейшие эксперименты на определение оптималь-ного проходного сечения вент проводились при давлении воздуха в ресивере 0,5 МПа.

В ходе экспериментов было установлено, что с увеличением суммарного проходного сечения вент от Одо 10 % от сечения импульсного клапана напряжение в смеси увеличивается 1,5 — 2 раза (см. рис. 2). Дальнейшее увеличение сечения вент к существенному изменению напряжения в смеси и соответственно плотности не приводят.

Исходя из полученных данных, можно заключить: минимальное проходное сечение вент должно составлять не менее 10 % от сечения импульсного клапана; по возможности венты необходимо устанавливать в «болванах» и узких карманах.

УДК 621.74:669.14:669.893

Открытие новых уникальных месторождений нефти и природного газа в глубинных районах Севера и Сибири и вызванное этим строительство новых трансконтинентальных нефте- и газопроводов потребовала резкого увеличения производства отливок из хладностойкой стали. Потребнос ть в хладностойких сталях также обусловлена быстрым развитием химической промышленности, непрерывным увеличением потребления сжиженного газа и необходимостью его хранения и транспортировки при низких температурах и относительно высоком давлении.

Известно, что для повышения хладностойкости сталей их легируют никелем, хромом и молибденом 111. Однако применение легированных сталей существенно удорожает продукцию и снижает ее конкурентоспособность.

Для обеспечения надежности при работе материала в условиях низких температур необходимо обеспечить температурный запас вязкости. Это достигается тогда, когда температурный порог хладноломкости стали, расположен ниже температуры ее эксплуатации [2].

Необходимая величинатемпературного запаса вязкости зависит от ряда факторов, влияющих на склонность к хрупкому разрушению, которые можно разделить на несколько групп:

- конструктивный, зависящий от конструктивных особенностей изделия (наличие концентраторов напряжений, геометрических параметров изделия, чистоты его поверхности и т.п.);

- динамический, зависящий от условий эксплуатации машин и механизмов;

Химический н гранулометрический состой модификаторов

Модификатор Химический состав, в % Г ранулометри-ческиЛ состав, мм

кремний кальций барий РЗМ Железо

ФС 30 РЗМ 20 30-50 0 0 28-30 остальное 1-10

СК 10 Ва 10 45-50 8-12 8-12 0 остальное 3-10

СК ЮВаЮРЗМб 45-50 17.64 72,5 5-7 остальное 1-10

СК 10 Ва 5 45-50 8-12 4-6 0 остальное 3-10

Омский (СК20РЗМ10) 30-60 18-20 Фтор (2-5) 8-10 остальное 0.1-3

Таблица 2

Влияние состава модификатора на величину ударной вязкости при -00' С

Модификатор Кол-во плавок Распределение величины ударной вязкости, %

ударная вязкость при — 60 "С. МДж/м!

до 0.3 от 0.3 до 0.4 от 0,4 и выше выше 0.6 выше 1.0

ФС 30 РЗМ 20 51 21.5 27.5 51 3,92 0

СК 10 Ва 10 39 15.4 15.4 69,2 5.1 0

СК ЮВаЮРЗМб 51 9,8 17.64 72,5 3.9 0

СК 10 Ва 5 37 - 8.1 91,9 29.7 0

Омский (СК20РЗМ10} 84 - 4.8 95,2 44,8 12

- металлургический, определяемый химическим составом, характеристиками способов приготовления расплава, обработки жидкого металла и процессами формирования отливки, обеспечивающими благоприятную макро- и микроструктуру и требуемые механические свойства.

Оптимизация конструктивного и динамического фактора позволяет лишь частично решить вопрос о повышении хладиостойкости. Доминирующим в решении проблемы хладиостойкости машины и механизмов является металлургический фактор.

Известно, что среднеуглеродистые стали типа 25Л, обладающие хорошими литейными, технологическими свойствами могут быть использованы лишь в средах не ниже - 40 °С [5]. Было установлено, что при формировании отливок со структурой зернистого перлита с мелкими глобулярными неметаллическими включениями, равномерно распределенными в микрозернах, снижает порог хладноломкости стали 25А до - 60 "С. Это может быть достигнуто за счет комплексного воздействия на процесс формирования окончательной микроструктуры отливок путем обработки расплава модифицирующими добавками и термообработки но режиму: нормализация — высокий отпуск — нормализация [6]. При производстве отливок из стали в качестве модифицирующих добавок применяют лига туры, содержащие редкоземельные (РЗМ), щелочноземельные (ЩЗМ) металлы или модифицирующие комплексы, состоящие из смеси порошков тугоплавкого инокулятора, восстановителя и флюсующей добавки [7]. На Курганском арматурном заводе ОАО «ИКАР» д\я повышения хладиостойкости отливок из стали 25Л в качестве модифицирующих добавок были опробованы лигатуры производства НПП «Технология» г. Челябинск и модифицирующий комплекс, изготовленный на ООО « НПФ ЛИКОМ» г. Омск (табл. I).

Модифицирующие добавки в количестве (0,2-0,3) % от массы расплава вводились в струю металла при выпуске его из печи в ковш. Для контроля механических свойств отливали образцы в виде «треф».

Определение прочностных и пластических свойств проводили но ГОСТ 1497-84, а ударной вязкости при отрицательных температурах по ГОСТ 9454-78. /\ля определения наиболее эффективного модификатора с использованием каждого вида добавок проводилось более тридцати плавок. Результаты испытаний ударной вязкости при — 60 °С приведены на рис. 1. В таблице 2 для каждого модификатора определена доля плавок с низкой ударной вязкостью (менее 0,3 МДж/м2), средней ударной вязкостью (более 0,4 МДж/м') и высокой ударной вязкостью (более 0,6 МДж/м2) и уровнем хладиостойкости.

Из полученных данных видно, что при применении лигатуры ФСЗО РЗМ 20 лишь половина плавок характеризуется удовлетворительным уровнем ударной вязкости при —60 "С. При этом только 3,92 % плавок показывают величину более 0,6 МДж/м2. Анализ микроструктуры образцов показал, что в отливках наблюдается повышенная загрязненность неметаллическими включениями (НМВ). Это является результатом формирования оксидов, оксисульфидов РЗМ, с высокой плотностью (6,2 % 7,3 г/см1), плохо удаляемых из расплава. При применении лигатур с высоким содержанием бария (СК 10Ба10), бария и РЗМ (СК 1 ОБа 10 РЗМ6) также формируются неметаллические включения с повышенной плотностью, сравнимой с плотностью расплава. В результате использования данных лигатур в структуре формируются крупные НМВ, ухудшающие пластические свойства отливок.

Только при вводе в расплав лигатуры СК10 Ба5 и модифицирующего комплекса производства ООО «НПФ ЛиКОМ» в расплаве образуются оксиды, оксисульфиды на основе кальция с плотностью менее 3,4 г/см1, что значительно меньше плотности жидкой стали. Содержание в составе Омского модификатора фторида кальция обеспечивает образование жидко-подвижного шлака, приводящего к более эффективному удалению НМВ из расплава. Обработка расплава модифицирующим комплексом на основе смеси порошков совместно с фторидом кальция приводит к

ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 2 «М> 2007 МАШИИОСТЮСНИ! И МАЩИНО»ЩНИЕ

ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК »2 <Ь4> 2007

200 400 600 800 1000 1200 1400 Ударная вязкость кси, КДж/м2

Рис.1. Влияние модифицирования стали 25Л на кривые распределения ударной вязкости при -60°С (1-ФС30РЗМ20,2-СК10 БлЮ, 3-СК10 Ба5,4-СК10Ба10РЗМ6, 5-СК20РЗМ10).

более глубокому раскислению стали. В результате реакции между компонентами, при вводе добавки в расплав, синтезируются ультрадисперсные частицы оксидов, оксииитрндов, окскарбидов, оксикарбонит-ридов, оказывающие инокулирующее действие на НМ В и избыточные фазы, что обеспечивает формирование структуры с мелкими глобулярными НМВ.

При применении добавки производства ООО «НПФ ЛиКОМ» более 95 % плавок имеют ударную вязкость выше 0,4 МДж/м2. При этом более 40 % плавок показывают свойства выше 0,6 МДж/м2, что характерно длясреднеуглеродистых сталей легированных никелем и молибденом.

Эффективность данного модификатора более наглядно проявляется при сравнении кривых распределения ударной вязкости (рис. 1). По полученным данным видно, что для добавки СК 10Ба5 максимальная частота ударной вязкости приходится на величину 0,45 МДж/м2, а для модификатора производства ООО «НПФ Л и КОМ» 0,55 МДж/м2.

Из полученных данных видно, что комгьчексное воздействие на процесс формирования НМВ и избыточных фаз за счет модифицирования и термообработки позволяет повысить хладостойкость отливок из стали 25А до - 60 "С. Учитывая более высокие результаты и одинаковый уровень цеп с лигатурой СК10Ба5, в качестве более эффективной добавки может быт», предложен модификатор производства ООО НПФ «ЛиКОМ».

Библиографический список

I. Шульте. ЮА Хладностойкие стали/ЮЛ. Шульте • М.Металлургии, 1979.- 224 с.

2. Григорьев, Р.С. и др. Хладноломкость металлоконструкций и деталей машин /Р.С. Григорьев, В.П. Ларионов, Г.А. Новиков и др. • М.:Наука. 1959. - 95 с.

3. Лунев. В.В. и др. Сера и фосфор в стали /В.В. Лунев.

B.В. Апории - М.: Металлургия. 1988, - 256 с.

4. Явойский, В.И. и др. Включения и газы всталях/В.И. Явой-ский, С.А. Близшоков, А.Ф. Вншкарев и др. -М.: Металлургии. 1979.-272 с.

5. Марочник сталей и сплавов. -М.: Машиностроение. 1989. -

C. 561-563.

6. Патент №2178003. Способ термической обработки сред-неуглеродисгой стали. /Мнннехаиов Г.Н.. Сабуров В.П., Соколов В.А., Мокрецов С.В. и др.// Открытия. Изобретения. 2002. • № I.

7. Сабуров. В.П. Упрочняющее модифицирование стали и сплавов //Литейное производство — 1988. -№ 9. - С 7-8

МИННЕХАНОВ Гизар Нигьматьянович, заместитель директора ООО НПФ «Ликом».

ГУРДИН Виктор Иванович, кандидат технических наук, доцент кафедры «Машины и технология литейного производства» Омского государственного технического университета (ОмГТУ).

МИННЕХАНОВ Руслан Гизарович, студент машиностроительного института ОмГТУ.

Статья поступила в редакцию 27.03.07 г.

© Г. Н. Мнннехаиов, В. И. Гурднн, Р. Г. Мнннехаиов

Влияние модифицирования стили 25Л на кривые рхспрслглгння ударной пижосш при-60 "С.

-•-СККРЗМЮ

Влияние модифицировании стали 25.11 на кривые распределения ударной вкмсоети прн -60 ’С.

0 200 400 600 800 1000 1200 1400

Ударная вязкость кси, КДж/м2