Preview

Известия Высших Учебных Заведений. Черная Металлургия

Расширенный поиск
Том 62, № 11 (2019)
Скачать выпуск PDF
https://doi.org/10.17073/0368-0797-2019-11

СТАЛИ ОСОБОГО НАЗНАЧЕНИЯ

827-832 64
Аннотация

Передовая высокопрочная сталь с минимальным пределом прочности на разрыв 780 МПа была разработана промышленным способом с использованием линии непре-рывного отжига (ЛНО) и термомеханического моделирования Gleeble. Разработанная Fe – C – Mn – Si ПНП-сталь обладает повышенной деформационной прокаливаемостью, прочностью и относительным удлинением. Корреляция между моделируемым результатом и промышленно отожженной сталью видна по микроструктуре и механическим свойствам. Условия отжига оптимизированы для наилучшего сочетания прочности и формуемости. Термокинетическая диаграмма для выбранной JMatPro композиции используется для оптимизации скорости охлаждения и температурных режимов старения. Конечная микроструктура разработанной стали состоит из закаленного мартенсита и сфероидизированного бейнита с остаточным аустенитом, распределенным в полигональной ферритовой матрице. Оценка разработанной ПНП-стали проводилась с помощью оптического и рентгеноструктурного анализа. В результате исследований установлено, что коэффициент деформационного упрочнения новой стали сравним с коэффициентом упрочнения марок, содержащих приблизительно 13 % остаточного аустенита в микроструктуре.

МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ

833-839 68
Аннотация

Разработана методика расчета показателей доменной плавки, позволяющая на основе принципа полной и комплексной компенсации и компенсирующих мероприятий рассчитывать технологические режимы доменной плавки с заменой части кокса дополнительными топливами. Выполнены расчеты эффективности использования природного газа и пылеугольного топлива в условиях доменного цеха Енакиевского металлургического завода. Подтверждена высокая экономическая эффективность использования природного газа и пыле- угольного топлива в технологических условиях доменного цеха. Увеличение расхода природного газа от базового уровня (71,8 м3/т чугуна) до 110 м3/т чугуна обеспечивает соответственное повышение производительности доменной печи до 107,6 % и снижение расхода кокса до 417,3 кг/т чугуна (–38,4 кг/т чугуна, –8,42 %). Замена природного газа пылеугольным топливом в количестве 160 кг/т чугуна позволила полностью вывести его из состава дутья. При этом расход кокса снизился до 354,59 кг/т чугуна (–101,1 кг/т чугуна; –22,18 %). Повышение расхода пылеугольного топлива до 200 кг/т чугуна с компенсацией температурой дутья 1200 °С и кислородом дутья 25 % обеспечивает повышение производительности доменной печи до 105,8 % и снижение расхода кокса до 303,8 кг/т чугуна (–151,9 кг/т чугуна, –33,33 %). Высокая эффективность применения пылеугольного топлива в условиях Енакиевского металлургического завода объясняется меньшей его стоимостью по сравнению с природным газом, высоким содержанием углерода в угле и значительно меньшим влиянием на теоретическую температуру горения и другие технологические показатели.

ЭКОЛОГИЯ И РАЦИОНАЛЬНОЕ ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЕ

840-845 41
Аннотация

Применение оцинкованного лома в качестве шихтового материала электросталеплавильного производства приводит к образованию металлургической пыли, пригодной для извлечения цветных металлов. Содержание хлора и органических соединений в металлошихте может привести к образованию диоксинов и фуранов в процессе электроплавки с их последующим оседанием на электросталеплавильной пыли. В предыдущем исследовании авторами установлено содержание диоксинов и фуранов в пыли на уровне 474 нг/кг пыли. Для изучения поведения диоксинов и фуранов при нагреве пыли разработана методика проведения эксперимента в муфельной печи при температурах 300, 600, 900 и 1150 °С. Исследование химического состава пыли до и после проведения эксперимента позволило установить, что при нагреве происходит десорбция диоксинов и фуранов в интервале температур 300 – 900 °С. Параллельно с десорбцией диоксинов и фуранов протекает испарение некоторых химических соединений, косвенно наблюдаемое по изменению содержания С, Na, Cl, K, Pb, Zn в образцах. В изученном интервале температур содержание С, Na, Cl снижается до нуля; содержание K уменьшается на 81 %; Pb – на 83,5 %. Снижение содержания цинка не превышает 5 %. Изменение содержания остальных компонентов невелико. Полученные данные подтверждают преимущественное нахождение хлора в неорганических соединениях в виде NaCl и KCl, наряду с незначительным присутствием в форме ZnCl, PbCl и PbCl2 . Исследование показало необходимость учета присутствия диоксинов и фуранов при создании технологий, направленных на переработку металлургической пыли. Предлагается вводить высокотемпературную обработку пыли (>850 °С) с последующим орошением отходящих газов известковым молочком. Наиболее рациональным представляется принятие мер по снижению эмиссии диоксинов и фуранов в ДСП: проведение дожигания отходящих газов с последующим резким охлаждением во избежание вторичного синтеза экотоксикантов или сокращение количества хлорсодержащих и органических материалов при предварительной подготовке металлошихты.

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

846-851 61
Аннотация

Сплавы бора и бария применяют для улучшения качества чугуна, стали, алюминия и других металлов. Первые промышленность выпускает преимущественно в виде ферробора, содержащего, в зависимости от марки, 6 – 17 % бора. Производят его дорогостоящим алюминотермическим способом из-за использования борного ангидрида и алюминиевого порошка. При этом неизбежно присутствие в металле алюминия, который ухудшает технологические свойства чугунов и образует строчечные глиноземистые включения в стали. Внепечное удаление алюминия приводит к окислению бора и потерям его со шлаками. Поэтому предлагаются новые способы выплавки борсодержащих ферросплавов. Из разработок последнего времени можно отметить технологию производства борсодержащего ферросилиция, опробованную в промышленных условиях. Но его использование может быть ограничено при выплавке низкокремнистых марок стали. Барий относится к эффективным модификаторам. В связи с низкой растворимостью в железе его производят в виде сплавов с кремнием или алюминием. В первом случае образуются силициды (BaSi, BaSi2 ) и потому такие сплавы называют силикобарием или ферросилицием с барием. Но объемы производства силикобария значительно уступают производству традиционных ферросплавов. В настоящей работе изучена возможность производства борбариевого ферросплава, поскольку предполагалось, что одновременное присутствие в нем бария и бора может обеспечить потребности промышленности. На первом этапе рассмотрен химизм превращений в безжелезистой системе BaO – B2O3 – C. Анализ этой системы представляет также интерес для синтеза тугоплавких композиционных материалов на основе карбидов бора, бария и гексаборида бария в целях создания средств защиты от проникающей радиации, материалов для нелинейной оптики, термоэмиссионных катодов. Выполнен полный термодинамический анализ химических взаимодействий в этой системе в диапазоне температур 1400 – 3000 К. Установлена динамика изменения состава продуктов взаимодействия оксидов бария и бора с углеродом и между собой в зависимости от температуры. Показана возможность формирования конденсированной металлической фазы за счет карбидов бора (B4C) и бария (BaC2 ), а также гексаборида бария (BaB6). Полученные данные могут служить основой для создания нового ферросплава, одновременно содержащего бор и барий.

852-859 48
Аннотация

Сплавы Fe – Cu можно охарактеризовать как систему с несмешивающимися компонентами (НК). Это утверждение основано на слабой взаимной растворимости в твердом состоянии. Кроме того, при малом содержании углерода система Fe – Cu расслаивается и в жидком состоянии. Сплавы с НК имеют простой фазовый состав из практически чистых компонентов. Данное обстоятельство определяет значительный практический интерес к ним. Определенные успехи достигнуты в технологии производства демпфирующих сплавов системы Fe – Cu– Pb. При оптимально подобранной технологии можно получить конечный продукт, сочетающий свойства чистых компонентов сплава в необходимой для практического применения пропорции. Например, в сплавах Fe – Cu диамагнитная медь обладает высокой электропроводностью и теплопроводностью, а ферромагнитное железо – повышенными по сравнению с медью прочностными характеристиками. При определенным образом организованной структуре сплава можно получить либо конечный продукт, обладающий высокой электропроводностью и теплопроводностью меди, повышенными прочностными свойствами железа, либо магнитотвердый материал с пластичностью меди. При исследовании сплавов системы железо – медь основное внимание уделялось структурным исследованиям и измерениям служебных свойств. При этом не анализировалась динамика образования макрои микроструктуры сплавов. В настоящей работе методами высокотемпературной вискозиметрии исследовалась именно динамика образования макроструктуры твердой фазы, обогащенной железом, в процессе кристаллизации расплава при его охлаждении. Учитывая определяющее влияние скорости охлаждения расплава на размер и морфологию кристаллизующихся включений, а также значительную величину двухфазной области, особое внимание было уделено теплофизическому анализу режима измерения. Проведен анализ достоверности полученных результатов на основе теории метода измерения вязкости. Исследовано двухфазное состояние расплавов системы Fe– Cu при их охлаждении по изменению декремента затухания. Проведен анализ теплофизических процессов, протекающих при измерении декремента затухания. Установлено, что данный процесс проходит в квазиравновесных условиях и скорость охлаждения близка к нулевой. Отсутствуют градиенты температуры как по радиусу, так и по высоте. Для исследуемых составов Fe50Cu50 , Fe40Cu60 , Fe30Cu70 определена динамика выпадения твердой фазы.

860-869 77
Аннотация

Низкоуглеродистые стали, раскисленные алюминием, являются основной группой производимых в России и мире конструкционных сталей, работающих в ключевых отраслях экономики – строительстве, автомобилестроении, добыче и транспортировке полезных ископаемых и др. Раскисление стального расплава алюминием приводит к образованию неметаллических включений, которые могут существенно влиять на качество проката и снизить технологичность производства из-за зарастания погружных разливочных стаканов, стаканов-дозаторов и шиберных затворов при непрерывной разливке. Так, при прочих равных условиях, только лишь в силу загрязненности стали неметаллическими включениями могут наблюдаться следующие отличия в технико-экономических показателях: отсортировка по дефектам поверхности, снижение выхода годных разлитых заготовок, увеличение скорости коррозионного износа, отсортировка по дефектам ультразвукового контроля и пр. В силу особенности формы, размеров и агрегатного состояния, неметаллические включения на основе продуктов раскисления стали алюминием трудно удаляются из расплава стали. Эффективный путь снижения загрязненности стали подобными включениями – модифицирование их состава до жидкого агрегатного состояния кальцием, что требует тщательной подготовки расплава шлака и металла. В статье подробно рассмотрены основные термодинамические особенности данного процесса. На примере IF-стали представлен расчет целевого диапазона содержания кальция для обеспечения модифицирования включений до жидкого состояния в зависимости от концентрации алюминия в расплаве стали. Рассчитаны предельные концентрации серы в расплаве металла в зависимости от содержания алюминия и кальция, обеспечивающие предотвращение образования тугоплавких сульфидных оболочек на оксидных неметаллических включениях.

870-878 44
Аннотация

Сплавы системы Ni – Co находят широкое применение в промышленности. Одной из вредных примесей в этих сплавах является кислород, который находится в металле как в растворенном виде, так и в виде неметаллических включений. Получение готового металла с минимальной концентрацией кислорода является одной из главных задач процесса выплавки этих сплавов. При комплексном раскислении металлического расплава активности оксидов, образующихся в результате процесса раскисления, меньше единицы. За счет этого при одном и том же содержании элементов-раскислителей можно получить металл с более низкой концентрацией кислорода и, следовательно, более глубоко раскисленный. При совместном раскислении двумя раскислителями преимущественное участие в реакции принимает более сильный раскислитель. Однако если оксиды элементов-раскислителей образуют химические соединения, то это способствует участию более слабого раскислителя в процессе раскисления. Проведен термодинамический анализ совместного влияния алюминия и кремния на растворимость кислорода в расплавах системы Ni – Co. В продуктах реакции раскисления возможно образование как муллита (3Al2O3·2SiO2 ), так и кианита (Al2O3·SiO2 ). Наличие кремния в расплаве усиливает раскислительную способность алюминия: незначительно в случае образования соединения 3Al2O3·2SiO2 и существенно в случае образования соединения Al2O3·SiO2 . Кривые растворимости кислорода при образовании соединения Al2O3·SiO2 проходят через минимум, положение которого зависит от содержания алюминия в расплаве и не зависит от содержания кремния. Содержание алюминия в точках минимума незначительно снижается от никеля к кобальту, как и в случае расплавов системы Ni – Co–Al. Дальнейшие присадки алюминия приводят к возрастанию концентрации кислорода. Определены области образования соединений Al2O3 , 3Al2O3·2SiO2 , Al2O3·SiO2 и SiO2 от содержания алюминия и кремния в расплаве. В расплавах системы Ni – Co раскислительная способность алюминия и кремния повышается с ростом содержания кобальта в расплаве, однако кремний усиливает раскислительную способность алюминия тем слабее, чем выше содержание кобальта.

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ

879-886 47
Аннотация

Изучены процессы рекристаллизации стали Ст. 3 в ферритном состоянии. Образцы диаметром 8 мми высотой 10 ммдеформировали сжатием при 20 °С на 20 – 80 %, отжигали при 400 – 735 °С от 5 мин до 10 ч и охлаждали на воздухе. На образцах определяли размер зерна на продольных (по отношению к оси сжатия) шлифах. После разделения всего массива экспериментальных данных (степень деформации ε, температура Т, время отжига τ, размер зерна D) на три группы (нет рекристаллизации, начало и конец первичной рекристаллизации), методом дискриминантного математического анализа найдены уравнения гиперплоскостей, наилучшим образом разделяющих эти группы. Показано, что рекристаллизация не наблюдается, если температура ниже 465 °С, либо если степень деформации ниже 20 % при любых сочетаниях остальных параметров. Деформированная структура полностью рекристаллизуется, если экспериментальные точки находятся в области параметров: Т > 550 °С, е > 40 %, τ > 30 мин. Самое большое измельчение зерна (до 7 – 10 мкм) получали после деформации с максимальной степенью (80 %). Первая критическая (физическая) степень деформации, после которой размер рекристаллизованного зерна больше исходного, отсутствует. Вторая критическая (техническая) степень деформации составляет 25 – 35 % для температур 530 – 735 °С. При таких степенях наблюдалось измельчение зерна в сравнении с исходным деформированным состоянием. Математическую связь размера рекристаллизованного зерна с параметрами опытов анализировали двояко: по Аррениусу в виде D=AεNτMexp (-Q/RT) и по Холломону с линейной зависимостью от температуры (T). Решение по Аррениусу дало следующее уравнение: log(D) = 2,08 – 0,33log(ε) + 0,023log(τ) – 967,31 1/T. Из него найдена энергия активации процесса рекристаллизации, равная ~18 000 Дж/моль. Для случая анализа по Холломону предложено в качестве параметра Холломона использовать функцию вида РН T/1000 [СН – log(τ) + log(ε)], а константу Холломона СН находить численными методами. Для этих условий получено уравнение = –21,317 – 0,034+ 0,0032log(τ)– 0,0032log(ε)T. Точность обоих описаний, определенная через сумму квадратов отклонений измеренных значений размеров зерен от рассчитанных, равна ~3,3 мкм или (при нормировке на среднее значение) ~20 %.

887-893 59
Аннотация

В работе изучено влияние модифицирования бором и температурных режимов охлаждения металла в литейной форме на фазовый состав, морфологию и химический состав структурных составляющих жароизносостойких белых чугунов системы Fe – C– Cr– Mn – Ni – Ti–Al – Nb. После добавления бора фазовый состав металлической основы изменился с двухфазной (α- и γ-фазы) на полностью однофазную (γ-фазу). Модифицирование бором повлияло на тип вторичных карбидов, вторичное твердение в форме происходило за счет выделения дисперсных карбидов ниобия (без бора – за счет карбидов хрома). Структура модифицированных чугунов – первичные комплексные карбиды (Ti, Nb, Cr, Fe)C, дендриты твердого раствора, эвтектика и вторичные карбиды МeС. Добавки бора изменяют химический состав первичных карбидов. В них снижается содержание ниобия с 42 до 3 % и увеличивается содержание титана с 22 до 66 %. В эвтектических карбидах содержание железа повышается, а хрома снижается. Методами количественной металлографии исследованы параметры первичных фаз – карбидов МeС и дендритов твердого раствора. Для оценки фактора формы F, который является критерием компактности первичных фаз, использовали специальную методику анализатора изображений Thixomet PRO. В качестве характеристик дендритной структуры применяли следующие параметры: дисперсность дендритной структуры δ, объемную долю дендритов V, расстояние между осями дендритов второго порядка λ2 , фактор формы F, размеры дендритов (средние площадь S, длину l, ширину β). Применение предлагаемых характеристик (параметров) позволило не только количественно оценить дендритную структуру, но и определить степень модифицирования – относительное (в процентах) изменение каждого критерия в модифицированных чугунах по сравнению с немодифицированными, а также установить количественные соотношения степени модифицирования с условиями кристаллизации.

894-906 43
Аннотация

Исследована хладостойкость лабораторного металла новой азотсодержащей литейной стали аустенитного класса (21 – 22)Cr – 15Mn – 8Ni – 1,5Mo – V (марка 05Х21АГ15Н8МФЛ) c содержанием азота 0,5 % и пределом текучести ~400 МПа. Для нее построена температурная зависимость ударной вязкости в интервале +20 … –160 °С и показано, что сталь характеризуется широким интервалом температур вязко-хрупкого перехода c TDBT = –75 °C, при которой KCV = 120 ± 10 Дж/см2. Материал сравнения – промышленная центробежнолитая 18Cr – 10Ni сталь (марка 12Х18Н10-ЦЛ) такой уровень KCV имеет при +20 °С. Она не склонна к вязко-хрупкому переходу, ее ударная вязкость снижается более полого и при температурах более низких, чем –80 °С, ее уровень KCV оказывается выше, чем у азотистой стали. Однако во всем интервале климатических температур азотистая литая сталь с 0,5 % N превосходит ее по ударной вязкости. Изученные стали имеют в литой структуре остаточный δ-феррит в количестве до ~10 % в Cr– Ni промышленной стали и меньшее количество в лабораторной азотистой, который обогащен хромом до 26 и 34 % (по массе) соответственно и содержит ~14 % Mn в азотистой стали. Его присутствие не влияет на характер изломов при климатических температурах, однако δ-феррит азотистой стали при –160 °С находится за порогом хладноломкости, поэтому ее излом, полученный при этой температуре, содержит многочисленные трещины в кристаллах δ-феррита. Определенная критериальным методом критическая температура хрупкости, ниже которой данный материал не рекомендуется к использованию, ТK ≈ –110 °С. Ей соответствует уровень KCV = 68 – 83 Дж/см2, более высокий, чем уровень KCV при +20 °С, допускаемый стандартом РФ на отливки из сталей аустенитного класса (до 59 Дж/см2). На основании сопоставления литературных и собственных данных сделан вывод, что у экономно легированных никелем (до 4 %) коррозионностойких сталей обеспечение высокой хладостойкости и, одновременно, высокой прочности за счет легирования 0,5 – 0,6 % азота невозможно.



Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 0368-0797 (Print)
ISSN 2410-2091 (Online)