Влияние хим. состава на хладостойкость стальных отливок

Л.Г. Шуб, Р.Г. Усманов (ООО "НПП "Технология",
г. Челябинск)
В.В. Макаров, О.П. Лялин (ОАО "Икар", г. Курган)

Одним из основных требований, предъявляемых к трубопроводной арматуре в северном исполнении, является обеспечение еБ хладостойкости, т.е. наличие необходимого уровня ударной вязкости при отрицательных температурах. Для продукции ОАО "Икар" эта минимальная величина ударной вязкости (КС U -60 ) определена в 4 кгм/см2.

С целью выявления резервов, заложенных в оптимизации химического состава стали, на заводе была проведена работа по установлению зависимости хладостойкости отливок от содержания основных элементов в металле, соответствующем базовой марке стали 25Л.

Заводская технология производства хладостойких отливок включает: переплав лома в 4- тонной кислой индукционной печи; полное раскисление расплава в печи и удаление шлака перед выпуском; модифицирование металла во время слива его в разливочные ковши. Основой термической обработки отливок является нормализация с дальнейшей обработкой по различным вариантам (нормализация, отпуск). Пробы для химического анализа и определения механических свойств ("трефы") отливаются с последнего по ходу разливки ковша.

В период освоения производства хладостойкой арматуры было установлено, что при концентрации остаточного алюминия в металле менее 0,03% (спектр.) резко возрастает число неудовлетворительных испытаний, поэтому указанная величина была установлена в качестве нижнего допустимого предела содержания этого элемента. Дальнейшие испытания позволили выявить область оптимальных концентраций алюминия — 0,03-0,06% (табл.1), закреплБнную технологической документацией.

Следует отметить, что указанные содержания алюминия являются оптимальными только для конкретных заводских условий производства отливок из стали 25Л, содержащей 0,012-0,017% азота (в среднем около 0,014%). При снижении концентрации последнего рекомендуемый уровень содержания алюминия, по нашему мнению, может измениться и повыситься до 0,05-0,09%.

Таблица 1. Хладостойкость отливок в зависимости от состава стали. I серия плавок. Модификатор Ca10Bа10.

Исследуемый элемент Содержание,
%
Число плавок

КСU -60, кгм/см2

% плавок
с КСU -60 вщХ
4 кгм/см2
Al 0,03-0,04
0,05-0,06
0,07-0,09
20
42
21
4,39
4,14
3,59
45,0
38,1
33,3
Si 0, 42-0, 52
0, 53-0, 60
0,61-0, 70
17
39
22
4,91
3,88
3, 42
64,7
30,8
31,8
Mn 0, 54-0, 70
0, 71-0, 80
0,81-0,90
0,91-0,95
21
31
28
3
3,45
3,97
4,32
4,95
19,0
32,3
57,1
66,7
S 0 ,025- 0,030
0,031-0,035
14
35
4,36
4,14
50,0
34,3

Примечание: 1. Во всех группах сравнения исключены плавки с Al < 0,03%;
2. влияние серы исследовано на плавках с содержанием Si = 0,50-0,60%.

С повышением содержания кремния хладостойкость отливок снижается и особенно резко - при концентрациях выше 0,52% Si (см. табл.1).

Следует отметить, что значительность диапазона изменения маркировочных содержаний кремния в определБнной степени была связана с непостоянством состава используемой металлошихты. В частности, при повышении доли собственного возвратного лома, содержащего больше кремния по сравнению с привозным, его концентрация в готовом металле заметно возрастает. Одновременно повышается содержание в стали азота, ухудшающего показатели хладостойкости [1]. Таким образом, данные табл.1 отражают суммарное влияние на ударную вязкость кремния и азота. Для исключения влияния последнего был проведен дополнительный анализ плавок, выплавленных без использования возвратного лома - на шихте из 100% проката стали 3сп (¦И 150 мм). Полученные результаты подтвердили отрицательное влияние кремния на хладостойкость отливок:

содержание
кремния. %
число
плавок
КСU -60,
кгм/см2
0,29-0,33
0,34-0,37
0,39-0,42
5
14
4
6,48
6,39
5,79

Для снижения содержания кремния в стали ранее применявшийся силикомарганец был заменБн ферромарганцем и одновременно долю возвратного лома ограничили 30%. Внедрение указанных мероприятий практически полностью исключило плавки с высоким (более 0,60%) содержанием кремния. При этом появилась значительная (около 40%) группа плавок с содержанием последнего не более 0,4%; в этой группе выход годных плавок превысил 80% при среднем значении КСU -60 выше 5кгм/см2.

Как видно из табл.1, повышение концентрации марганца в исследованных пределах приводит к улучшению показателей хладостойкости отливок. Полученные данные послужили основанием для поэтапного увеличения маркировочного содержания с 0,45-0,90 до 0,75-1,20% Mn . При этом максимальный уровень значений КСU -60 обеспечивается в диапазоне концентраций марганца 0,90-1,1%.

Влияние повышенных концентраций серы в металле оказалось, вопреки ожиданиям, сравнительно невелико (см. табл.1), что, возможно, связано с маскирующим влиянием других факторов.

Оптимизация технологии выплавки стали и еБ химического состава по алюминию, кремнию и марганцу привела к значительному повышению уровня ударной вязкости отливок, а стабильные условия работы позволили выявить отрицательное влияние повышенных концентраций углерода и фосфора на показатели хладостойкости (табл.2).

Таблица 2. УсреднБнные показатели хладостойкости отливок в зависимости от содержания в стали углерода и фосфора. II серия плавок. Модификатор СК7Ба9.

Содержание углерода, % Содержание фосфора, Всего
0,019-0,024 0,025-0,030
число плавок КСU -60,
кгм/см2
число плавок КСU -60,
кгм/см2
число плавок КСU -60,
кгм/см2
0,20-0,21 12 7,37 - - 12 7,37
0,22-0,23 23 7,04 20 6,40 43 6,74
0,24-0,25 6 6,25 18 5,69 24 5,83
0,26-0,27 2 6,28 5 4,96 7 5,27
Средн. 43 6,99 43 5,94 86 6,46

Учитывая сложность обеспечения пониженных концентраций углерода при выплавке металла в кислой индукционной печи, можно рекомендовать заинтересованным предприятиям опробовать положительный опыт завода "Икар" по частичному использованию в составе металлошихты лома стали 09Г2С или проката из низкоуглеродистых, предпочтительно, полуспокойных или кипящих марок стали. В последнем случае одновременно успешно решается проблема получения в готовых отливках минимальных концентраций кремния.

Заключение.

Для повышения хладостойкости отливок из базовой марки стали 25Л рекомендуется иметь в металле минимальное содержание углерода, кремния, фосфора и серы. Для условий выплавки стали в кислой индукционной печи рекомендуемое содержание алюминия составляет 0,03-0,06%, марганца 0,75-1,20%.

Литература:

1. Шуб Л.Г. и др. Поведение азота в кислой индукционной плавке. Металлургия машиностроения, вфЖ 5, 2003 г.


Другие Сталь: