А. В. Дробот
Днепропетровский
национальный университет
ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАГРЯЗНЕННОСТИ НЕМЕТАЛИЧЕСКИМИ ВКЛЮЧЕНИЯМИ ПОЛУФАБРИКАТОВ НЕРЖАВЕЮЩЕЙ МАРТЕНСИТО-СТАРЕЮЩЕЙ СТАЛИ ЭП678 ОТКРЫТОЙ ДУГОВОЙ ВЫПЛАВКИ
Увеличение нагрузок и скоростей в специальном машиностроении вызвало необходимость разработки нового класса сталей – нержавеющих мартенсито-стареющих. Нержавеющие мартенсито-стареющие стали являются наиболее высокопрочными сталями, однако в практике были выявлены существенные недостатки, состоящие в нестабильности механических свойств. Свойства этих сталей в большой степени зависят от загрязненности неметаллическими включениями и дендритной ликвации легирующих элементов и примесей.
Степень развития дендритной
ликвации в слитках в основном определяется тремя диффузионными процессами:
1)
разделительной диффузией; 2)
выравниванием жидкости по составу; 3) выравниванием твердой фазы по составу.
Одним из главных критериев качества стали является ее загрязненность неметаллическими включениями. По своей природе неметаллические включения условно делятся на две группы: - экзогенные, т. е. механически попадающие в сталь (кусочки футеровки, песчинки и т. д.);
-эндогенные, т. е. образующиеся в результате реакций
компонентов стали с растворенными в металле кислородом, серой и азотом (окиси
железа, нитриди титана и т. д.).
В процессе ковки и прокатки вместе с металлической матрицей деформируются и имеющиеся в стали неметаллические включения. Степень деформации включений зависит от их природы. Пластичные сульфиды и силикаты вытягиваются в нити, полухрупкие силикаты – в прерывистые нити, недеформируемые включения – в пунктирные строчки. Вытянутые вдоль оси деформации включения облегчают образование и распространение трещин, существенно снижая энергию, необходимую для хрупкого разрушения стали. Таким образом, строчки включений являются одной из главных причин снижения свойств в направлении поперек волокна и анизотропии.
Наиболее успешно применяемыми методами по повышению
чистоты стали являются рафинирующие переплавы в водоохлаждаемом
кристаллизаторе: электрошлаковый (ЭШП), вакуумно-дуговой (ВДП),
электронно-лучевой (ЭЛП) и плазменный (ПП).
Природу строчечных включений изучали металлографическим и
микрорентгеноспектральным методами. Проведены качественные исследования состава
строчечных включений на микрозонде МS-46 фирмы “Самеса” (Франция).
Исследование загрязненности металла неметаллическими включениями проведены в
соответствии с инструкцией ЦНИИЧМ. Подсчет проведен на микроскопе МИМ-10 при
увеличении х 420 в 1500 полях зрения.
Исследования проведены на металле прутков квадрат 170 мм
двух плавок, имеющих примерно одинаковый химсостав (табл.1) и отличающиеся
механическими свойствами.
|
№ плавки |
элементы |
||||||||||
|
С |
Si |
Mn |
S |
P |
Cr |
Ni |
Mo |
Ti |
Al |
Nb |
|
|
611238 |
0,024 |
0,15 |
0,04 |
0,006 |
0,008 |
11,0 |
9,6 |
2,13 |
1,0 |
0,08 |
0,02 |
|
611298 |
0,018 |
0,13 |
0,04 |
0,005 |
0,006 |
10,8 |
9,4 |
2,20 |
1,0 |
0,07 |
0,01 |
Прутки квадрат 170 мм плавки № 611298 не соответствуют
требованиям норм ТУ на поставку по ударной вязкости в поперечном направлении.
Неметаллические включения, обнаруженные в исследуемом
металле, можно разделить на три типа:
І -
светло-желтые или желтые недеформируемые, располагаются как строчками, так и
отдельными группами, имеют правильную геометрическую форму в виде
прямоугольников;
ІІ - розовые,
располагаются строчками, имеют вытянутую форму;
ІІІ – глобулярные,
расположенные без видимой ориентации, серого цвета.
Металл обеих плавок в основном загрязнен двумя типами
включений: недеформируемыми нитридами и строчечными включениями состава (титан
– сера – углерод). Загрязненность глобулярными включениями невелика. Основную
долю строчечных включений составляют включения размером от 2, 52 до 7 мкм.
Основную долю нитридных включений составляют включения размером от 7 до 10 мкм.
Сравнение металла плавок 611238 и 611298 показывает, что
общая загрязненность во второй плавке значительно больше.
Из сравнения металла обеих плавок каждым типом включений
видно, что металл второй плавки несколько более загрязнен нитридами.
Значительное различие наблюдается в загрязненности строчечными включениями: в
металле плавки 2 (611298) этих включений в 2 раза больше, чем в металле плавки
1 (611238). Загрязненность глобулярными включениями металла обеих исследуемых
плавок примерно одинаковая. На микрозонде МS-46 “Самеса” исследовали состав строчечных включений.
При прохождении включений желтого цвета прямоугольной
формы под электронным лучом микрозонда наблюдается всплеск интенсивности
излучения титана и азота.
Таким образом, включения правильной формы желтого цвета
являются нитридами титана.
При прохождении строчечных включений розового цвета под
электронным лучом зонда наблюдается четко выраженный всплеск титана, углерода и
серы. Таким образом, исследования на микрозонде показали, что строчечные
включения розового цвета являются соединениями титан-углерод-сера.
Для получения полуфабрикатов требуемого качества из стали
ЭП678 необходимо применять рафинирующие переплавы металла ЭП678 открытой
дуговой виплавки.