Исследование влияния окисленности металла на формирование оксидных, сульфидных и оксисульфидных включений и свойств готовых изделий

Тип работы:
Реферат
Предмет:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

УДК 669. 14
Н. А. Зюбан, С. А. Пегишева, О. А. Шевцова, Н. В. Клячина
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ОКИСЛЕННОСТИ МЕТАЛЛА НА ФОРМИРОВАНИЕ ОКСИДНЫХ, СУЛЬФИДНЫХ И ОКСИСУЛЬФИДНЫХ ВКЛЮЧЕНИЙ И СВОЙСТВ ГОТОВЫХ ИЗДЕЛИЙ*
Волгоградский государственный технический университет
e-mail: tecmat@vstu. ru, shevtzova@list. ru
В работе представлены результаты исследований оксидных, сульфидных и оксисульфидных включений в процессе кристаллизации металла, а также установление взаимосвязей между величиной окисленности низколегированных конструкционных сталей и морфологией сульфидных и оксисульфидных включений.
Ключевые слова: оксисульфидные включения, степень окисленности, граница зерна, пластические свойства, морфология включений.
The paper presents the results of research oxide, sulfide and oxysulfide inclusions in the process of crystallization of metal, as well as the establishment of links between the size of the oxidation of low-alloyed structural steels and morphology of sulphide and oxysulfide inclusions.
Keywords: oxisulfide inclusions, oxidation level, grain border, plastic properties, morphology inclusions.
Роль неметаллических включений в формировании структуры и свойств металлоизделий достаточно велика, однако особенности образования оксидных, сульфидных и оксисульфидных включений находятся между собой в тесной взаимосвязи, и в зависимости от их количественного соотношения уровень пластических характеристик готового изделия может существенно изменяться.
Известны работы, в которых показано, что вакуумирование неоднозначно влияет на механические свойства поковок. Было исследовано влияние типа стали (основная или кислая) и вида ее обработки (с вакуумированием или без него) на механические свойства поковок одного наименования [1].
Анализ данных показывает, что невакууми-рованная кислая сталь по сравнению с основной электросталью обладает меньшими (на 1014%) значениями прочностных свойств, но более высокими пластическими показателями. После вакуумной обработки прочностные характеристики ов и от кислой стали возросли на 5−6%, но при этом отмечено снижение пластических свойств в среднем на 9−11%. Для основной стали характерно уменьшение ударной вязкости КСи на образцах после вакуумирова-ния в среднем на 18−20%.
Таким образом, воздействие вакуумирова-ния на качество металла наряду с положительными показателями в отдельных случаях может приводить к ухудшению пластических характеристик металлоизделий. Можно предположить,
Исследование выполнено при поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации, (соглашение 14. B37. 21. 1065).
что снижение вязкостных и пластических свойств поковок из кислой и основной стали после вакуумирования обусловлено морфологией оксидных и сульфидных включений в исследуемом металле [2].
Для уточнения механизма образования неметаллических включений, выявления факторов, определяющих вид и форму включений, провели серию лабораторных иссследований по выплавке и разливке стали 20 с различными вариантами раскисления.
Результаты исследования индекса загрязненности полученных образцов представлены на рис. 1.
Из приведенных данных видно, что в 1-м образце (нераскисленный металл) наблюдается незначительное количество оксисульфидов. Сульфидов, напротив, в 2 раза больше- преимущественное расположение по границам зерен. При введении А1 (2-й образец) наблюдается снижение количества сульфидов и резкое увеличение количества оксисульфидов (в 4,5 раза по сравнению с исходным металлом). Далее с увеличением количества вводимого А1 (3, 4-й образцы) наблюдается увеличение количества оксисульфидов, а количество сульфидов уменьшается (в 2,5 раза по сравнению с исходным металлом).
При традиционном конечном раскислении литой стали алюминием 80−85% неметаллических включений (практически все сульфиды) находятся на границах литых кристаллитов. Значительное очищение границ литых зерен от неметаллической фазы может быть достигнуто дополнительным (к раскислению алюминием) раскислением-модифицированием щелочно-зе-
мельными или редкоземельными элементами. Редкоземельные элементы, имея высокое сродство к кислороду, сере и другим примесям, активно взаимодействуют с ними, образуя при этом совершенно новый тип включений — твердые растворы переменного нестехиометриче-
ского состава. Вновь образованные включения имеют преимущественно глобулярную форму, коагулируют, что способствует образованию более крупных включений [3]. Поэтому во второй серии экспериментов в качестве модификатора использовался 8іСа.
Рис. 1. Загрязненность образцов сульфидными и оксисульфидными включениями (средние значения)
При введении 8Юа (5, 6-й образцы) наблюдается уменьшение количества оксисульфидов, количество сульфидов увеличивается. На рис. 2 представлена наиболее характерная форма и расположение неметаллических включений в 5-м образце.
личивается, они представлены включениями преимущественно глобулярной формы, располагаются внутри зерна (рис. 3).
Рис. 2. Глобулярные оксисульфиды, располагающиеся по границам зерен (образец № 5). х 8000 (электронный сканирующий микроскоп «Versa 3D»)
При совместном раскислении Al и SiCa наблюдается минимальное количество сульфидов (7-й образец), далее с увеличением количества вводимого SiCa количество оксисульфидов уве-
Рис. 3. Глобулярный оксисульфид внутри зерна (образец № 7). х 8000
По данным экспериментов построена эмпирическая компьютерная модель (рис. 4), показывающая количество оксисульфидов в зависимости от содержания серы и кислорода в металле. Из приведенных данных видно, что увеличение количества оксисульфидов сопровождается понижением концентрации серы в металле, что способствует уменьшению кон-
центрации сульфидной фазы по границам зерен и стабилизации пластических свойств.
I
1=
¦Т& gt-
Рис. 4. Влияние содержания серы и кислорода металле на количество оксисульфидных включений
Была исследована твердость образцов, отмечено повышение твердости при увеличении количества оксисульфидов и уменьшении сульфидов.
Полученные результаты свидетельствуют о наличии определенной связи между количеством образующихся сульфидных и оксисуль-фидных включений, зависящим от степени окисленности металла.
При выделении оксисульфида в расплаве понижается содержание как кислорода, так и серы. После израсходования кислорода, т. е. после того как его содержание понизится до равновесных значений, происходит образование только чистых сульфидов, что может привести к снижению пластических свойств полу-
чаемого металла. Таким образом, выделение сульфидов происходит только тогда, когда в металлическом расплаве достигается очень низкое содержание кислорода.
Выводы
Формирование свойств литого металла во многом зависит от оптимального соотношения между содержанием в металле оксидов, сульфидов и оксисульфидов. Поэтому необходимо управление соотношением оксидных, сульфидных и оксисульфидных включений за счет выбора оптимального состава и количества рас-кислителей, либо увеличение доли оксидов-«подложек» за счет модифицирования стали. Необходимость глубокого вакумирования стали ставит условие доведения содержания серы до минимального значения, менее 10−3%, с целью предупреждения выделения чистых сульфидов по границам зерен и возможного снижения пластических свойств.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Зюбан, Н. А. Влияние вакуумирования на особенности формирования сульфидных включений и свойства изделий из низколегированных конструкционных сталей / Н. А. Зюбан, О. Б. Крючков // Изв. вуз. Черная металлургия. — 2008. — № 5. — С. 15−18.
2. Зюбан, Н. А. Исследование особенностей формирования типа и вида сульфидных включений в зависимости от степени окисленности металла и их влияние на свойства низколегированных конструкционных сталей / Н. А. Зю-бан, О. А. Шевцова, М. Н. Летников, Д. В. Руцкий // Проблемы черной металлургии и материаловедения. — 2010. -№ 2. — С. 56−60.
3. Лунев, В. В. О природе и диагностике неметаллических включений в стали / В. В. Лунев, В. П. Пирожкова // Электрометаллургия. — 2011. — № 7. — С. 26−30.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой