Влияние хим. состава на хладостойкость стальных отливок

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: