ВЛИЯНИЕ ИНОКУЛИРОВАНИЯ НА РАЗВИТИЕ ДЕФЕКТОВ ЛИКВАЦИОННОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ В КРУПНЫХ КУЗНЕЧНЫХ СЛИТКАХ

INFLUENCE BY INOCULATING ON THE DEVELOPMENT SEGREGATED DEFECTS OF ORIGIN IN THE LARGE FORGING INGOTS

Sergey Gamanyuk

cand. techn. sciences, Senior Research Fellow of Volgograd State Technical University,

Russia, Volgograd

Dmitry Rutskii

cand. techn. sciences, associate professor of Volgograd State Technical University,

Russia, Volgograd

Nikolai Zyuban

doctor of technical sciences, Professor, Head of Department “Materials Technology” Volgograd State Technical University,

Russia, Volgograd

АННОТАЦИЯ

В данной работе представлены результаты исследования химической неоднородности крупных кузнечных слитков массой 24,2 тонны стали 38ХН3МФА отлитых по штатной технологии и с инокуляцией струи металла. Исследование структуры крупных объемов металла, затвердевших в различных условиях показало, что применение использование инокуляции струи приводит к увеличению количества капель металла, которые при полёте трансформируются твердые частицы и попадая в затвердевающий слиток, приводят к увеличению темпа кристаллизации, что подавляет развитие в литом металле ликвационных явлений и приводит к уменьшению химической неоднородностей.

ABSTRACT

This paper presents the results of a study of chemical heterogeneity of large forging ingots weighing 24,2 tons of steel 38HN3MFA cast by regular technology and metal stream inoculation. Investigation of the structure of large amounts of metal solidified under different conditions showed that the application of the use of the inoculation of the jet increases the number of metal droplets which during flight transformed solids and entering the solidifying ingot, lead to an increase in crystallization rate, that inhibits the development of a cast metal phase separation phenomena and reduces the chemical inhomogeneities.

Ключевые слова: инокулированный слиток, внеосевая ликвационная неоднородность, осевая зона, химическая неоднородность.

Keywords: inoculated ingot, off-axis segregational heterogeneity, the axial zone, chemical heterogeneity.

Работы авторов [1–6] показали возможность управления разливкой стали в вакууме с распылением части струи расплава и обеспечением условий затвердевания стальных капель в полете. Введение затвердевших капель в расплав при разливке увеличивает скорость затвердевания, снижает ликвацию примесей, уменьшает усадочную рыхлость. Играя роль внутренних теплостоков, затравки снимают, перегрев жидкой стали и интенсифицируют объемное затвердевание, повышают физико-химическую однородность слитков и, таким образом, стабильность механических свойств металла поковок. Поэтому изучение особенностей затвердевания и структурообразования слитка, отлитого с формированием инокуляторов в струе, является важной и актуальной задачей, решение которой обеспечит возможность управления структурой и свойствами крупных слитков и поковок.

Исследование структуры крупных объемов металла, затвердевших в различных условиях показало, что применение инокуляции струи приводит к увеличению количества капель металла, которые при полёте частично кристаллизуются в твердые частицы и попадая в затвердевающий слиток, приводят к увеличению темпа кристаллизации, что подавляет развитие в литом металле ликвационных явлений и приводит к уменьшению химической и физической неоднородностей.

Одним из неустранимых дефектов строения крупного слитка является образование внеосевой ликвационной неоднородности, которая проявляется в виде «шнуров» внеосевой ликвации, представляющих собой участки повышенной травимости на макроструктурах слитков, иногда сопровождающиеся пористостью.

Отрицательное воздействие этого дефекта на механические свойства проявляется в резком снижении ударной вязкости вблизи ликвационных шнуров, снижении усталостной прочности металла, а также возможности выкрашивания при попадании шнура на поверхность изделия.

Внеосевая ликвация – металлургический дефект. Она образуется в процессе кристаллизации металла. Следовательно, воздействовать на формирование ликвационной неоднородности можно либо изменяя геометрические параметры получаемого слитка, либо управляя процессом разливки стали.

Целью данной работы являлось изучение влияния изменения технологии отливки на развитие химической неоднородности крупных кузнечных слитков.

В таблице 1 приведены параметры развития зоны внецентренной ликвации слитков. Расположение в слитках шнуров зоны внеосевой ликвации приведено на рисунке 1.

Таблица 1.

Развитие зоны внецентренной ликвации в слитках массой 24,2 т

Рисунок 1. Внецентренная ликвация в обычном слитке (а) и с инокуляцией струи (б)

Полученные результаты показывают, что среднее время затвердевания расплава до образования первого шнура в опытном меньше по сравнению с обычным слитком. Так в верхних горизонтах значение этого параметра для инокулированного слитка в 1,2 раза меньше, чем у обычного. На половине высоты тела слитка время затвердевания до первого шнура в инокулированном слитке уже в 2,5 раза меньше по сравнению с обычным, что свидетельствует об интенсивности кристаллизационных процессов в опытном слитке и изменении условий формирования шнуров. В результате замедления тепловых процессов происходит образование мелких шнуров небольшого диаметра и, не смотря на их повышенное количество по сравнению с обычным слитком, вследствие пониженного содержания в них ликватов, неравномерность химического состава по высоте слитка снижается (таблица 2).

Таблица 2.

Химическая неоднородность слитков

Заключение

Таким образом, использование инокуляции струи (жидко-твёрдой разливки) металла в вакууме с образованием инокуляторов в капельной зоне струи позволяет реализовать все преимущества суспензионного литья, что было подтверждено подробным исследованием литой структуры слитков массой 24,2 т.

Исследование выполнено в рамках конкурса СП-2015 (СП-4573.2015.1).

Список литературы:

1. Жульев С.И. Влияние инокулирования на структуру и химическую однородность крупного кузнечного слитка стали 38ХН3МФА / С.И. Жульев, В.Ф. Петрова, К.Е. Титов // Известия вузов. Чёрная металлургия. – 2008. – № 3. – C. 23–26.5. Жульев С.И. Влияние инокулирования на параметры дендритной структуры донной части слитков из стали 38ХН3МФА / С.И. Жульев, Г.П. Шевкун, В.Ф. Петрова, Н.С. Бод // Технология металлов. – 2007. – № 2. – C. 21–25.
2. Зюбан Н.А. Создание технологии производства крупных кузнечных слитков с улучшенными свойствами на основе управления параметрами слитка и процессами разливки стали в вакууме: дис. … д-ра техн. наук. МИСиС. 2005. 140 с.
3. Полезная модель 46694 Российская Федерация, МПК 7 В 22 D 41/50 Огнеупорный разливочный стакан для отливки слитков и непрерывнолитых заготовок в вакууме / Жульев С.И., Зюбан Н.А., Титов К.Е.; ВолгГТУ. – 2005.
4. Полезная модель 42454 РФ, МПК 7 В 22 D 27/15 Устройство для отливки слитков в вакууме с инокуляторами (варианты) / Жульев С.И., Зюбан Н.А.; ВолгГТУ. – 2004.
5. Титов К.Е. Совершенствование технологии жидко – твердой разливки крупных кузнечных слитков из конструкционной стали для ответственных изделий: Кандидат. дис. … канд. техн. наук. – М.: ВМИ, 2004.140 с.
6. Шелухина Ю.М. Исследование внеосевой ликвационной неоднородности в крупных кузнечных слитках и поковках. Дис. ... канд. техн. наук. – М.: ЦНИИТМАШ, 2009. 130 с.