Исследование дефектов слитков из стали 14Х17Н2

УДК 669.14.019: 334.716.4

В.С. Малов1, В.А. Васильев2

ИССЛЕДОВАНИЕ ДЕФЕКТОВ СЛИТКОВ ИЗ СТАЛИ 14Х17Н2

ОАО «Завод «Красное Сормово»1,

Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева

Данная статья является обобщением результатов системы менеджмента качества продукции, проводимой на ОАО «Завод «Красное Сормово» по анализу типовых дефектов, образующихся при выплавке и разливке слитков из стали 14Х17Н2. Описывает наиболее характерные их виды и пути их устранения в условиях действующего производства.

Ключевые слова: микрошлиф, макрошлиф, 5-феррит, дефект, слиток, сорбит.

Сталь 14Х17Н2 является весьма сложной в технологическом отношении, особенно при изготовлении поковок. Слитки из этой стали обладают склонностью к развитию усадочных пустот, осевых и радиальных трещин, ликвационных явлений. Статья является резуль-том исследований, проводимых в рамках системы менеджмента качества продукции гражданского и военного назначения по определению основных часто встречающихся дефектов, образующихся при изготовлении слитков из стали 14Х17Н2 и способов их устранения в условиях действующего производства.

Задачи, поставленные в данном исследовании:

1) выявить наиболее характерные;

2) произвести их классификацию;

3) выработать пути их устранения.

Методика исследования. Для анализа дефектов выбирались наиболее часто встречающиеся поковки деталей. Из деталей изготавливали поперечные макрошлифы, из них вырезали и изготавливали микрошлифы, которые затем подвергали глубокому травлению. Проводили исследование микрошлифа до и после травления. Микроструктуру изучали на металлографическом микроскопе МИМ-8М.

Накопленный опыт работы с этой сталью в условиях ОАО «Завод «Красное Сормово» позволяет выделить основные дефекты этой марки стали, получаемые в процессе изготовления слитков из неё:

• усадочные раковины;

• осевая пористость;

• неметаллические включения;

• пониженный уровень пластических свойств.

Неметаллические включения, как правило, представляют собой скопления на поверхности или вблизи от неё. Причинами их возникновения являются частицы огнеупорных материалов футеровки ванны печи и сталеразливочного ковша, попутно захватываемый струёй металла шлак и продукты раскисления, не полностью прореагировавшие с жидким металлом. При этом основными мерами предупреждения являются:

• соблюдение необходимых температур выпуска и разливки жидкого металла;

• применение раскислителей, образующих жидкотекучие продукты раскисления;

• регламентированная выдержка в разливочном ковше.

Устранение их производится шлифовкой, строжкой, огневой зачисткой или вырубкой. Данный дефект проиллюстрирован на фотографиях микрошлифов и макрошлифов поковки типа «Стержень» (рис. 1-3).

Краткое описание дефекта: в ходе анализа поперечного макрошлифа в центральной

© Малов В.С., Васильев В.А., 2011.

зоне поковки выявлен внутренний разрыв металла с многочисленными ответвлениями. Микроанализ шлифа дефектной зоны выявил:

1. От вершин многочисленных крупных надрывов металла распространяются по включениям мелкие разветвлённые трещины;

2. Поверхность разрушения окислена;

3. Отдельные мелкие пустоты и трещины в металле наблюдаются также и при некотором удалении от магистрального дефекта, что свидетельствует об их возникновении в процессе затвердевания слитка.

4. Микроструктура металла - высокоотпущенный мартенсит с наличием выделений значительного количества 5-феррита примерно 10% по границам зёрен, что также является способствующим фактором для растрескивания металла.

Рис. 1. Вид поперечного макрошлифа, х1 Рис. 2. Вид сбоку поковки типа «Стержень», х1

в

Рис. 3. Микрошлиф (а, б, в) поковки типа «Стержень», х100

Осевая пористость представляет собой маленькие видимые углубления, расположенные вдоль оси слитка. Причина их возникновения - выделение газов в центральной части слитка - связана с нарушением технологии выплавки и разливки слитков. Мерами для их предупреждения являются:

• проведение устойчивого кипения металла при плавке;

• соблюдение установленной технологии, применяемой при разливке металла;

• своевременная чистка изложниц.

Устранение производится с помощью, как правило, строжки с заваркой зоны дефекта. Данный дефект проиллюстрирован на фотографиях микрошлифов и макрошлифов поковки типа «Штанга» (рис. 4-5).

Краткое описание дефекта: в центральной части заготовки выявлены две несплошности размером до 2 мм и значительное количество мелких пор. На макрошлифе, изготовленном в дефектном районе, около пор выявлено скопление неметаллических включений разного происхождения. Микроструктура стали - сорбит и 5-феррит.

Рис. 4. Вид дефекта на макрошлифе, х1

а б

Рис. 5. Вид дефекта (а, б) на микрошлифе х100

Усадочными раковинами называют открытые или закрытые полости в слитке, имеющие шероховатую грубую кристаллическую поверхность со следами дендритов. Усадочные раковины в отличие от усадочной пористости имеют сравнительно большие размеры. Причины возникновения - высокая температура заливки металла, отклонения химического состава от требований соответствующих ГОСТ И ТУ.

Основная мера для устранения - увеличение размера головной обрези. Данный дефект проиллюстрирован на фотографиях микрошлифов и макрошлифов поковки типа «Вал» на рис. 6-8.

Краткое описание дефекта: центральная зона макрошлифа имеет несплошность разветвлённой формы, вокруг расположены поры. По результатам микроанализа металла осевой зоны выявлено:

1. Дефект представляет собой группу разрывов (пор), расположенных в виде сетки;

2. Металл по загрязнённости неметаллическими включениями относится к баллу 4 шкалы ОТ по ГОСТ 1778-70;

3. Обезуглераживания по границам не наблюдается;

4. Микроструктура - сорбит и феррит.

Рис. 6. Внешний вид дефекта на детали «Вал» 1:1 Рис.7.Макроструктура детали «Вал» 1:1

•^г • Ьг-. • -V

Рис. 8. Микроструктура (а, б) детали «Вал», х100

Пониженный уровень пластических свойств является также одним из наиболее характерных дефектов, наблюдаемых при изготовлении поковок из слитков данной марки стали. Этот дефект проиллюстрирован на фотографиях микрошлифов и макрошлифов поковки типа «Втулка» (рис. 9-10).

Краткое описание дефекта: в результате исследования микрошлифа установлено следующее:

1. Дефект представляет собой тонкую трещину, располагающуюся под прямым углом к поверхности. Берега трещины окислены на всём протяжении. Глубина проникновения составляет 1,2 мм.

б

а

2. Загрязнённость металла неметаллическими включениями небольшая и соответствует баллу 2 шкалы ОТ по ГОСТ 1778-70.

3. Микроструктура металла детали - сорбит и мелкодисперсный 5-феррит, располагающийся в виде цепочек по границам зёрен. Направление трещины совпадает с полосчатостью структуры.

Рис. 9. Внешний вид дефекта на детали, 1:1

а б

Рис. 10. Вид дефекта (а, б)на микрошлифе, х100

Вывод

Возникновение этих дефектов в стали связано в основном с необходимостью соблюдения и выполнения технологического процесса получения слитков из данной марки стали. При этом необходимо учитывать влияние каждой структурной составляющей-феррита и мартенсита, достигая их оптимального соотношения.

Библиографический список

1. Бородулин, Г.М. Нержавеющая сталь / Г.М. Бородулин, Е.И. Мошкевич. - М.: Металлургия, 1973. -320 с.

2. Атлас дефектов стали / под. ред. М. Л. Берштейна. - М.: Металлургия, 1979. - 188 с.

3. Сперанский, В.Г. Технология производства нержавеющей стали / В.Г. Сперанский, Г.М.Бородулин. - М.: Государственное научно-техническое издательство литературы по чёрной и цветной металлургии, 1957. - 203 а

4. ГОСТ 1778-70. Сталь. Металлографические методы определения неметаллических включений. - Введ.1970-12-29. - М.: Государственный комитет стандартов совета министров СССР,1970. - 33 а

Дата поступления в редакцию 17.06.2011

V.S. Malov, V.A. Vasilev

RESEARCH OF DEFECTS OF INGOTS FROM THE STEEL 14Х17Н2

Given article serves as research of system of a quality management of production spent on Open Society «Shipbuilding yard «Krasnoe Sormovo» under the analysis of the typical defects formed at melt and casting of ingots from a steel 14X17H2. In it the most typical kinds of defects and a way of their elimination in the conditions of working manufacture are described.

Key words: microsection, macrosection, 5-ferrite, defect, ingot, sorbite.