Влияние обработки расплава комплексными модификаторами на структуру и свойства стали 17Г1С в литом и деформированном состоянии

УДК 669.295.04

А. В. Калинин, О. М. Шаповалова

ВЛИЯНИЕ ОБРАБОТКИ РАСПЛАВА КОМПЛЕКСНЫМИ МОДИФИКАТОРАМИ НА СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА СТАЛИ 17Г1С В ЛИТОМ И ДЕФОРМИРОВАННОМ

СОСТОЯНИИ

Исследовано влияние модификатора-раскислителя на микроструктуру, фазовый состав и механические свойства литой и кованной стали 17Г1С. Разработана технология модифицирования расплава.

Введение

Одним из перспективных решений повышения качества сталей является обработка их расплавов технологическими добавками [1-3]. Широко применяемая в машиностроении для изготовления крупногабаритных поковок судостроения, строительных конструкций, а также для газопроводных труб большого диаметра низколегированная сталь 17Г1С, несмотря на высокие требования, предъявляемые к ней, не реализовала возможный ресурс свойств не только по уровню прочности, пластичности и ударной вязкости, но и по их стабильности. Решить эту проблему представляется возможным применением нового модификатора-раскислителя, содержащего машиностроительные отходы на основе Д

Mg, Ca и др. элементов [4]. Этим определяется актуальность данного исследования.

Целью работы являлось установление влияния обработки расплава модифицирующими добавками на структуру и свойства кремнемарганцовис-той стали 17Г1С в литом и деформированном состояниях.

Материал и методика исследования

Материалом исследования служила литая и кованная низколегированная кремнемарганцовистая сталь 17Г1 С, химический состав которой приведен в табл.1.

Опытно-промышленные плавки стали 17Г1С проводили в индукционной печи ИСТ-0,15 с контролем температуры W-Mo-термопарой погружения с точностью ±10 °С. Технологическое раскисление проводили в печи порошковым силикокальцием.

Температура выпуска стали составляла 1650 °С.

Внепечное модифицирование проводили в разливочном ковше, на дно которого перед заливкой подавали брикеты комплексного модификатора-рас-кислителя в количестве 0,2...0,5 % от массы расплава. Полученные отливки проковывали на прутки размером 20х20х 1200 мм и подвергали термической обработке (нормализации при 880 °С). Из литого и кованого металла вырезали образцы для исследования структуры и механических свойств. Структуру выявляли химическим и электролитическим травлением.

Определение структурных составляющих стали проводили металлографическим методом с использованием компьютерной программы обработки экспериментальных данных. Исследование фазового состава структурных составляющих немо-дифицированной и обработанной модификатором стали проводили на растровом электронном микроскопе ISM-630LA с системой для проведения мик-рорентгеноспектрального анализа.

Анализ полученных результатов

Кристаллизация сталей перитектического типа, содержащих 0,15...0,20 % углерода, к каким относится сталь 17Г1С, начинается по реакции: Ж^8+Жост. Первичный 8-феррит кристаллизуется по дендритному механизму. Дисперсность денд-ритов зависит от химического состава, скорости охлаждения, а также от наличия модифицирующих добавок. Перитектическая кристаллизация происходит по реакции: 8+Жост. ^ у+8ост. В стали 17Г1С количество 8-феррита больше, чем жидкости, поэтому её дефицит может затруднять перитектичес-

Таблица 1 - Химический состав стали 17Г1С

Марка стали Содержание элементов, % масс.

С Мп N1 Сг 8 Р

17Г1С 0,16...0,19 0,40.0,50 1,43.1,51 0,15.0,19 0,18.0,25 0,029.0,031 0,024.0,032

© А. В. Калинин, О. М. Шаповалова, 2007

яшншиш155Ня17т7-0т19яииЬестникя)вигателестроенияя1 1/т007

- 131 -

кое превращение и приводит к образованию уса- вращается в аустенит, часть его сохраняется до пол-дочных пустот в немодицированной стали. Моди- ного охлаждения отливки. фицирование расплава измельчает структуру первичного феррита, остаточный феррит сохраняется в середине дендритных ветвей в виде осевых прожилок или отдельных включений (рис. 1, а, б). При дальнейшей кристаллизации в условиях быстрого охлаждения первичный феррит не полностью пре-

Рис. 1. Микроструктура модифицированной стали 17Г1С в литом состоянии х 1200

Исследования фазового состава стали показало, что феррит модифицированной стали по сравнению с перлитной матрицей дополнительно содержит титан. Это свидетельствует о том, что введенный модификатор активно участвует в формировании центров кристаллизации и росте дендритов 8-феррита. Наличие первичного феррита в структуре модифицированной стали 17Г1С должно положительно отразиться на механических свойствах металла в литом и кованом состояниях.

Структура немодифицированной и обработанной модификатором стали - феррито-перлитная. Модифицирование измельчает структурные составляющие стали примерно в 1,5......2 раза.

Количество перлита в модифицированной стали

возрастает с 29,6 до 33,7% в литом и с 33,2 до 37,1% в кованом состоянии (табл. 2).

Исследование содержания неметаллических включений показало значительное снижение их количества в модифицированной стали.

Микротвердость перлита модифицированной

стали в отливках и кованых прутках на 11,2......12,6

% выше, чем в исходной стали. Микротвердость феррита в кованых прутках по сравнению с литым

состоянием возросла с 1840......1860 до

2140......2200 МПа (табл. 3).

Механические свойства стали в литом и кованом состоянии приведены в табл. 4.

Таблица 2 - Количество перлита в структуре немодифицированной и обработанной модификатором стали 17Г1С в литом и кованом состояниях

Состояние стали Количество перлита, %

¡1 ¡2 ¡3 ¡4 ¡5 ¡6 1

Литая Немодифиц. 26,6 30,7 32,4 28,7 31,6 27,5 29,6

Модифицир. 30,7 35,8 32,0 34,6 34,2 34,9 33,7

Кованая Немодифиц. 29,5 38,9 34,3 35,2 34,8 36,5 33,2

Модифицир. 38,3 34,2 37,3 38,4 36,8 37,5 37,1

Таблица 3 - Микротвердость феррита и перлита в стали 17Г1С

Состояние стали Литая Кованая

Феррит Перлит Феррит Перлит

Немодифициров. 184 205 214 254

Модифициров. 185 228 220 286

Таблица 4 - Влияние модифицирования на механические свойства стали 17Г1С в литом и кованом состояниях

Состояние стали Механические свойства

ав, МПа стт, МПа 8, % V, % КСи, МДж/м2

Немодифицир. 740 760 700 635 670 610 3.2 3.3 3,6 4,3 4,0 4,0 0,15 0,17 0,16

Среднее 733 638 3,4 3,1 0,16

s Модифициров. 830 825 850 720 730 740 3,6 3,5 4,0 3,6 3,0 4,6 0,23 0,25 0,25

Среднее 835 730 3,5 3,7 0,24

Немодифицир. 850 855 900 520 570 600 15,5 15,2 12,5 44,5 42,0 42,5 0,37 0,39 0,42

я Среднее 868 563 14,4 43,0 0,39

я 3 Модифициров. 1120 1085 1080 750 770 775 16,0 15,4 15,0 33,0 31,0 33,0 0,75 0,62 0,60

Среднее 1095 765 15,5 32,3 0,65

Как следует из приведенных данных, модифицирование стали в литом и кованом состояниях повышает механические свойства. Предел прочности повышается в литом состоянии на 13,9 %, в кованом - на 26,1 %; предел текучести повышается соответственно на 14,4 и 35,9 %; относительное удлинение - на 8,8 и 7,6 %; вязкость разрушения - на 50 и 66 %.

Выводы

1. Модифицирование кремнемарганцовистой стали 17Г1С комплексным модификатором, содержащим промышленные отходы титана, алюминия, магния, измельчает структурные составляющие стали, увеличивает количество перлита в литом и

деформированном состоянии с 29,6......33,7 % до

33,2......37,1 %, микротвердость перлита повышается на 11,2......12,6 %.

2. В стали, обработанной модификатором, значительно повышается прочность (на 13,9......26,1 %) и

вязкость разрушения (на 50......66 %).

Перечень ссылок

1. Шаповалова О.М., Носова Т.В., Ивченко Т.И. Комплексное влияние элементов на свойства конструкционной стали 07ЮТ, обработанной технологическими добавками марки ДТ1// Строительство, материаловедение, машиностроение. - Днепропетровск: ПГАСиА. - 1998. - 96 с.

2. Ицкович Г.М. Раскисление стали и модифицирование неметаллических включений. - М.:Ме-таллургия, 1981. - 296 с.

3. Щеголев В.В., Ершов Г.С., Сотник А.А. Влияние комплексного микролегирования титаном и бором на структуру и свойства стали 14Г2 // Металловедение и термическая обработка металлов. - 1988. - №9. - С. 23-26.

4. Патент УкраТны №5321, МК1, С22, С35/00. Комплексна добавка для обробки сталей. / О.М. Шаповалова, О.В. Шаповалов, О.В. Калинин. Опубл. 15,03,2005, бюл. №3.

Поступила в редакцию 26.12.2006 Дослiджено вплив модiфiкатора-

розкислювача на мкроструктуру, фазовий склад i механiчнi властивостi лито!' i ковано!' сталi 17Г1С. Розроблено технологiю модифiкування стал'1.

The influence of modifier-deoxidizer on microstructure phase state and mechanical properties of cast and forged 17Г1С steel has been researched. The technology of steel modifying has been developed.

—0ml 9яшВестникя)вигателестроенияя1 1/mD07

- 133 -