blackmetИзвестия высших учебных заведений. Черная МеталлургияIzvestiya. Ferrous Metallurgy0368-07972410-2091National University of Science and Technology "MISIS"10.17073/0368-0797-2020-8-644-650blackmet-1957Research ArticleМЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИMETALLURGICAL TECHNOLOGIESМеханические свойства и структура отливок при различных способах внепечной обработки жидкой и кристаллизующейся сталиMechanical properties and structure of castings at different ladle processing of liquid and crystalizing steelЧернышовЕ. А.ChernyshovE. A.

д.т.н., профессор кафедры «Металлургические технологии и оборудование»

603022, Нижний Новгород, ул. Минина, 24

Dr. Sci. (Eng.), Professor of the Chair “Metallurgical Technology and Equipment”

Nizhny Novgorod

БаевИ. В.BaevI. V.

заместитель директора по спецтехнике

603951, Нижний Новгород, ул. Баррикад, 1

Deputy Director on Special-Purpose Equipment

Nizhny Novgorod

РомановА. Д.RomanovA. D.

инженер

603022, Нижний Новгород, ул. Минина, 24

Engineer

Nizhny Novgorod

nil_st@nntu.ruНижегородский государственный технический университет им. Р.Е. АлексееваРоссияNizhny Novgorod State Technical University named after R.E. AlekseevRussian FederationПAО «Завод «Красное Сормово»РоссияPJSC “Krasnoe Sormovo”Russian Federation202008102020638644650Copyright © Чернышов Е.А., Баев И.В., Романов А.Д., 20202020Чернышов Е.А., Баев И.В., Романов А.Д.Chernyshov E.A., Baev I.V., Romanov A.D.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://fermet.misis.ru/jour/article/view/1957

В работе приведены исследования по влиянию внешнего воздействия при заливке высокопрочной легированной стали в т ные металлооболочковые формы с внешним охлаждением и в такие же формы с суспензионной заливкой – комплексное воздействие на затвердевающую отливку. Рассматриваются предпосылки для выбора данных технологий. В качестве контрольного металла исследовали отливку, полученную в объемной жидкостекольной форме. Исследовали макроструктуру, излом и механические свойства металла при нормальной (+20 °С) и повышенной (+350 °С) температурах. Наиболее плотная и однородная структура и излом получены у отливки при комплексном воздействии. Установлено, что главное преимущество предлагаемых технологий – повышение однородности механических свойств по сечению и высоте отливок, особенно пластических свойств и ударной вязкости. Анизотропия свойств по сечению и высоте опытных отливок значительно меньше, чем в контрольной отливке. В результате проведенных исследований установлено, что внешнее и комплексное воздействие на формирующуюся отливку позволяет повысить ее механические свойства при различных температурах испытания образцов. У отливки, полученной в металлооболочковой форме с принудительным охлаждением, не наблюдается заметной разницы в механических свойствах как по ее высоте, так и по сечению. При этом прочностные свойства в среднем на 100 МПа выше, чем у контрольной отливки, при сохранении высоких значений пластичности и ударной вязкости.

The paper presents studies on the effect of external influences when pouring-in high-strength alloyed steel into thin-walled metalshell molds with external cooling and into the same molds with suspension pouring-in (complex effect on hardened casting). Prerequisites for the selection of these technologies are considered. As control metal, we have investigated the casting received in volume liquid glass form. Macrostructure, cross-sectional view and mechanical properties of the metal at normal (+20 °C) and raised (+350 °C) temperatures were studied. The most dense and uniform structure and cross-sectional view were received in casting at complex influence. It was established that the main advantage of the offered technologies is increase in uniformity of mechanical properties on the section and height of castings, especially of plastic properties and impact strength. The anisotropy of properties on the section and height of pilot castings is much less, than in control casting. As a result of the studies, it was found that the external and complex effect on the forming casting allows one to affect the macrostructure and to improve the mechanical properties of castings at various test temperatures of the samples. In castings obtained in a metal-shell form with forced cooling, there is no noticeable difference in the mechanical properties both in height and in cross section of the casting. Moreover, the strength properties are by an average 100 MPa higher than that of the control casting, while maintaining high values of ductility and toughness.

стальмеханические свойстваизломструктуракристаллизациясуспензионная заливкаотливканеметаллические включенияметаллооболочковая формаобъемная формаsteelmechanical propertieskinkstructurecrystallizationsuspension primingcastingnonmetallic inclusionsmetal-shell formvolume formReferencesГорынин И.В., Малышевский В.А., Хлусова Е.И. и др. Экономнолегированные стали с наномодифицированной структурой для эксплуатации в экстремальных условиях // Вопросы материаловедения. 2008. № 2 (54). С. 7 – 19Gorynin I.V., Malyshevskii V.A., Khlusova E.I., Nesterova E.V., Orlov V.V. Economically alloyed steels with nano-modified structure intended for operation in extreme conditions. Voprosy materialovedeniya. 2008, no. 2 (54), pp 7–19. (In Russ.).Орыщенко А.С., Голосиенко С.А. Новое поколение высокопрочных судостроительных корпусных сталей // Судостроение. 2013. № 4. С. 73 – 76.Oryshchenko A.S., Golosienko S.A. A new generation of highstrength shipbuilding hull steels. Sudostroenie. 2013, no. 4, pp. 73–76. (In Russ.).Holmquist T.J. Strength and fracture characteristics of HY-80, HY-100, and HY-130 steels subjected to various strains, strain rates, temperatures, and pressures // Final report by Honeywell Inc., Armament Systems Division. 1987. September. – 64 p.Holmquist T.J. Strength and fracture characteristics of HY-80, HY-100, and HY-130 steels subjected to various strains, strain rates, temperatures, and pressures. Final report by Honeywell Inc., Armament Systems Division. 1987, September, 64 p.Wilson A.D. Production experience with new heavy plate grades for bridge and shipbuilding using microalloing // AIST Conference on Micro Alloyed Steels, July 2007. P. 47 – 58.Wilson A.D. Production experience with new heavy plate grades for bridge and shipbuilding using microalloing. AIST Conference on Micro Alloyed Steels. July 2007, pp. 47–58.Base Materials for Critical Application: Requirements for Low Alloy Steel Plate, Forgings, Castings, Shapes, Bars, and Heads of HY 80/100/130 and HSLA 80/100 // US Navy, Naval Sea Systems Command, NAVSEA Technical Publication T9074-BDGIB-010/0300. 2012. – 228 p.Base Materials for Critical Application: Requirements for Low Alloy Steel Plate, Forgings, Castings, Shapes, Bars, and Heads of HY 80/100/130 and HSLA 80/100. US Navy, Naval Sea Systems Command, NAVSEA Technical Publication T9074-BD-GIB-010/0300. 2012, 228 p.Чернышов Е.А., Романов А.Д., Романова Е.А. Высокопрочные судостроительные стали и сплавы // Металлург. 2016. № 2. С. 59 – 63.Chernyshov E.A., Romanov A.D., Romanova E.A. High-strength shipbuilding steels and alloys. Metallurgist. 2016, vol. 60, no. 1-2, pp. 186–190.Fruehan R.J., Nassaralla C.L. Evaluation of new steelmaking technologies // McLean Symposium Proceedings, Iron & Steel Society, Warrendale, 1998. P. 205 – 216.Fruehan R.J., Nassaralla C.L. Evaluation of new steelmaking technologies. In: McLean Symposium Proceedings, Iron & Steel Society, Warrendale, 1998, pp. 205–216.Senuma T. Physical metallurgy of modern high strength steel sheets (Review) // ISIJ International. 2001. Vol. 41. No. 6. P. 520 – 532.Senuma T. Physical metallurgy of modern high strength steel sheets (Review). ISIJ International. 2001, vol. 41, no. 6, pp. 520–532.High performance steel and titanium castings. National materials advisory board. National Academy of Sciences – National Academy of Engineering. Report NMAB-296. 1973. – 155 p.High performance steel and titanium castings. National materials advisory board. National Academy of Sciences – National Academy of Engineering. Report NMAB-296. 1973, 155 p.Wilson A. Clean steel technology - fundamental to the development of high performance steels // Advances in the Production and Use of Steel with Improved Internal Cleanliness / J. Mahaney ed. – West Conshohocken, PA: ASTM International, 1999. P. 73 – 88.Wilson A. Clean Steel Technology – Fundamental to the Development of High Performance Steels. In: Advances in the Production and Use of Steel with Improved Internal Cleanliness. Mahaney J. ed. West Conshohocken, PA: ASTM International, 1999, pp. 73–88.Рыбин В.В., Малышевский В.А., Хлусова Е.И. Технологии создания конструкционных наноструктурированных сталей // Металловедение и термическая обработка металлов. 2009. № 6. С. 3 – 7.Rybin V.V., Malyshevskii V.A., Khlusova E.I. Technology for creating nanostructured construction steels. Metal Science and Heat Treatment. 2009, vol. 51, no. 5-6, pp. 267–271.Campbell J. Melting, remelting, and casting for clean steel // Steel Research Int. 2017. Vol. 88. No. 1. Article 1600093.Campbell J. Melting, remelting, and casting for clean steel. Steel Research Int. 2017, vol. 88, no. 1, article 1600093.High Chromium Ferritic and Martensitic Steels for Nuclear Applications. R.L. Klueh, D.R. Harries eds. – PA: ASTM, 2001. – 90 p.High Chromium Ferritic and Martensitic Steels for Nuclear Applications. Klueh R.L., Harries D.R. eds. PA: ASTM, 2001, 90 p.Manning C.P., Fruehan R.J. Emerging technologies of iron and steelmaking // JOM – Journal of the Minerals, Metals & Materials Society. 2001. Vol. 53. No. 10. P. 36 – 43.Manning C.P., Fruehan R.J. Emerging technologies of iron and steelmaking. JOM – Journal of the Minerals, Metals & Materials Society. 2001, vol. 53, no. 10 pp. 36–43Чернышов Е.А., Романов А.Д., Романова Е.Д. Развитие металлургических технологий производства и получения ответственных изделий из высокопрочных судостроительных сталей // Черные металлы. 2015. № 3. С. 33 – 37.Chernyshov E.A., Romanov A.D., Romanova E.D. Development of metallurgical technologies for the production of critical products from high-strength shipbuilding steels. Chernye metally. 2015, no. 3, pp. 33–37. (In Russ.).Чернышов Е.А., Романов А.Д., Полихина Е.Ю., Романова Е.А. Повышение качества жидкого металла и отливок из среднелегированной высокопрочной стали // Черные металлы. 2015. № 9. С. 6 – 9.Chernyshov E.A., Romanov A.D., Polikhina E.Yu., Romanova E.A. Improving the quality of liquid metal and castings of medium alloyed high-strength steel. Chernye metally. 2015, no. 9, pp. 6–9. (In Russ.).Протопопов Е.В., Комшуков В.П., Ганзер Л.А., Фойгт Д.Б. Перспективные технологии модифицирования металла нанопорошковыми инокуляторами // Черная металлургия. Бюл. ин-та «Черметинформация». 2011. № 6 (1338). С. 39 – 44.Protopopov E.V., Komshukov V.P., Ganzer L.A., Foigt D.B. Promising technologies for metal modification with nanopowder inoculators. Chernaya metallurgiya. Byul. in-ta “Chermetinformatsiya”. 2011, no. 6 (1338), pp. 39–44. (In Russ.).Руцкий Д.В., Гаманюк С.Б., Зюбан Н.А. и др. Влияние технологии жидко-твердой разливки на особенности строения литой структуры и распределения неметаллических включений в слитке массой 24,2 т стали 38ХН3МФА // Металлы. 2017. № 3. С. 21 – 28.Rutskii D.V., Gamanyuk S.B., Zyuban N.A., Petrova V.F., Palatkina L.V. Effect of liquid–solid pouring on the as-cast structure and the distribution of nonmetallic inclusions in a 24.2-t steel 38KhN3MFA ingot. Russian Metallurgy (Metally). 2017, vol. 2017, no. 5, pp. 376–383.Гузенков С.А., Федоров Д.Н., Руцкий Д.В. Повышение конструкционной прочности литой стали модифицированием дисперсионными порошками // Сталь. 2010. № 3. С. 101 – 104.Guzenkov S.A., Fedorov D.N., Rutskii D.V. Increasing the structural strength of cast steel by powder modification. Steel in Translation. 2010, vol. 40, no. 3, pp. 294–297.Сидельников В.В., Гурдин В.И. Влияние ультрадисперсных порошков на форму кристаллов и свойства кристаллизующихся систем // Металлургия машиностроения. 2004. № 6. С. 24 – 26.Sidel’nikov V.V., Gurdin V.I. Effect of ultrafine powders on the shape of crystals and properties of crystallizing systems. Metallurgiya mashinostroeniya. 2004, no. 6, pp. 24–26. (In Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.