Технические науки-1

Дробот А. В.

Днепропетровский национальный университет им. О.Гончара

Исследование влияния рафинирующих переплавов на микроструктуру и дендритную ликвацию стали СП28.

В качестве объекта исследования использовали серийный промышленный металл. Исходную электродуговую плавку (ОДВ) стали СП28 выплавили по действующей технологии (инструкция ТИ-Э3-26-62) в основной дуговой печи емкостью 10 т. Нагрев и ковку слитков на электроды для электрошлакового переплава (ЭШП), для вакуумно-дугового переплава (ВДП) и двойного вакуумно-дугового переплава (ВДП+ВФП) производили в молотовом отделении по инструкциям МЦ-1-65 и МЦ-5-65.

Электрошлаковый переплав (ЭШП) электродов производили на однофазной печи с кристаллизатором Ø420 мм по инструкции ТИ-ЭШ-1-65.

Вакуумно-дуговой и двойной вакуумно-дуговой переплавы производили в кристаллизаторе Ø400 мм по инструкциям ВД-11-67 и ВД-3-68.

Произвели порезку слитков для отбора проб для всех исследований.

Дендритную структуру выявляли травлением в 7% спиртовом растворе азотной кислоты. Дисперсность дендритной структуры оценивали следующим образом: в каждом из 100 полей, равномерно расположенных по площади шлифа, при увеличении х100 подсчитывали число пересечений окулярной линейки с межосными участками. Средний диаметр дендритной ячейки определяли делением общей длины линейки в 100 полях зрения на сумму числа пересечений. Выявление границ зерен производили травлением шлифа в реактиве: 80 мл Н₂О₂+15 мл Н₂О+5 мл НF в течение 5 минут.

Исследования И.Н. Голикова [1], И.И. Новикова [2] и Б.Б. Гуляева [3] показали о значительном влиянии дендритного строения и дендритной ликвации на свойства стали. Вместе с тем до выполнения данной работы не исследовано влияние рафинирующих переплавов на дендритное строение и дендритную ликвацию в слитках стали СП28.

Анализ дендритного строения исследованных слитков показал, что корковая зона слитков состоит из мелких дендритов, что объясняется резким охлаждением металла при контакте со стенками изложницы или водоохлаждаемого кристаллизатора; при резком охлаждении появляется большое количество центров кристаллизации [4]. Поверхностный слой мелких дендритов переходит в слой столбчатых дендритов, что вызвано сильным снижением интенсивности охлаждения и уменьшением степени переохлаждения стали. В осевой зоне слитка ОДВ наблюдаются разориентированные дендриты. От корковой зоны к осевой увеличивается толщина ветвей первого порядка. Таблица 1

Расстояние между осями второго порядка в слитках стали СП28, мм

Способ производства	Уровень слитка	Зона половина радиуса	Осевая зона
ОДВ	Г	0,20	0,33
	С	0,19	0,28
	Н	0,17	0,27
ЭШП	Г	0,28	0,31
	С	0,23	0,29
	Н	0,17	0,28
ВДП	Г	0,23	0,30
	С	0,21	0,26
	Н	0,19	0,25
ВДП+ВДП	Г	0,28	0,33
	С	0,27	0,32
	Н	0,26	0,29

Дисперсность дендритной структуры , представленная как расстояние между осями второго порядка (табл.1) для всех слитков увеличивается от головного к нижнему уровню и от осевой зоны к зоне половина радиуса.

Анализ данных таблицы 1 показал, что увеличение дисперсной дендритной структуры в слитках после рафинирующих переплавов не происходит. Микроструктура слитков характеризуется сильной неоднородностью. После противофлокенного отжига осевые участки серой окраски имеют структуру сорбита, межосные черные участки – структуру троостатита.

В межосных черных участках часто (для слитков ОДВ и ЭШП) наблюдаются светлые участки мелкоигольчатого отпущенного мартенсита, пронизанные черными иглами троостита отпуска. Микротвердость светлой составляющей 411 единиц, черной – 374 ед. Площадь, занимаемая светлыми участками, увеличивается от корковой зоны к осевой (табл. 2)

Таблица 2

Площадь светлых участков в слитках стали СП28, %

Способ производства	Зона по сечению слитка
	Осевая	половина радиуса	корковая
ОДВ	6,3	4,0	0,2
ЭШП	11,3	4,6	1,0
ВДП	0,3	0,0	0,0
ВДП+ВДП	0,2	0,0	0,0

В слитках ВДП и ВДП+ВДП светлой составляющей в межосных участках практически нет, лишь в осевой зоне слитков редко встречаются мелкие участки.

Границы кристаллитов проходят по осевым и межосным участках дендритов, что свидетельствует о грануляции слитков после затвердевания [5].

После штатной окончательной термообработки (закалка от 950^оС и отпуск при 300^оС) микроструктура слитков – мартенсит; в светлых межосных участках – бесстуктурный мартенсит, в темных осевых – интенсивно травящийся мартенсит. Во всех слитках от корковой зоны к осевой увеличивается контрастность окраски осевых и межосных участков и уменьшается дисперсность дендритов. Четко выраженный дендритный рисунок свидетельствует о существенной ликвации легирующих элементов стали СП28. Исследованию дендритной неоднородности посвящено значительное количество работ. Однако, в подавляющем большинстве случаев исследовали лабораторные слитки, что не позволяет судить о степени ликвации в промышленных слитках.

Сталь СП28 является многокомпонентной (включает семь легирующих элементов), поэтому взаимное влияние элементов на ликвацию каждого из них может оказаться сложным.

В данной работе впервые выполнено исследование дендритной неоднородности в промышленных слитках ОДВ, ЭШП, ВДП и ВДП+ВДП стали СП28.

Исследования, выполненные методом Скобло вследствие недостаточной локальности не позволяет сделать заключение о полной степени дендритной ликвации легирующих элементов, однако наглядно демонстрируют, что осевые и межосные участки различно взаимодействуют с реактивом, в котором происходит растворение вследствие различия их химсостава.

Микрорентгеноспектральный анализ позволил оценить степень ликвации каждого из легирующих элементов. Все легирующие элементы стали СП28 – молибден, вольфрам, ванадий, хром, никель, кремний и марганец имеют прямую ликвацию. По убыванию склонности к ликвации элементы располагаются в следующий ряд: молибден, ванадий, вольфрам, марганец, кремний, хром и никель.

Полученные данные о склонности к ликвидации исследованных элементов укладываются в схему, предложенную в работе [6]: в системе Fe-C-X ликвация элемента Х тем сильнее, чем больше его сродство к углероду.

Неожиданно низкой оказалась ликвация хрома, хотя хром и является достаточно сильным карбидообразующим элементом. Вероятно, в присутствии более сильных карбидообразующих элементов – молибдена, ванадия, вольфрама – углерод в гораздо меньшей степени влияет на распределение хрома. Таким образом, по характеру распределения в микрообъемах «осевой участок – межосный – осевой» легирующие элементы стали СП28 можно разделить на две группы: карбидообразующие и некарбидообразующие.

Одной из форм проявления дендритной неоднородности является избирательность расположения неметаллических включений: сульфиды и сульфоксиди располагаются в межосных участках, кислородные и оксисульфиды – в осевых или переходной зоне; нитриды – в осевых и межосных участках. Образование включений в межосных участках связано с сильной ликвацией примесей.

Таким образом установлено, что при кристаллизации промышленных слитков стали СП28 развивается значительная дендритная ликвация легирующих элементов и примесей. При рафинирующих переплавах заметного уменьшения дендритной ликвации не происходит.

Литература:

1.Голиков.И.Н. Дендритная ликвация в стали. – М.: Металлургиздат. 1958. – 207с.

2.Новиков И.М., Золотаревский В.С. Дендритная ликвация в сплавах.- М: Наука, 1966. – 156с.

3.Гуляев Б.Б. Затвердевание и неоднородность стали. – М.: Металлургиздат, 1950. – 227с.

4.Хворинов И.Н. Кристаллизация и неоднородность стали. – М.: Машгиз, 1958. – 392с.

5.Бутаков Д.К. Грануляция стали. – М: Металлургиздат. 1953. – 181с.

6.Журенко П.М., Егоршина Т.В., Голиков И.Н. Дендритная ликвация в стали 35ХГСА. – Металловедение и термическая обработка металлов. 1964, № 2

с. 25-28.