Модифицирование структуры и свойств стали кратко

Обновлено: 04.07.2024

Для решения вопроса о целесообразности модифицирования стали необходимо знать некоторые характеристики расплава и в первую очередь работу образования зародышей газовых пузырьков и центров кристаллизации. Работа образования кристаллических зародышей обусловливает склонность стали к переохлаждению, которое определяется составом и степенью чистоты кристаллизующейся стали. Вместе с тем выбор модификаторов и затравок связан с кинетикой их плавления, активностью и растворимостью в исследуемой стали. Все эти вопросы обсуждаются в предлагаемой читателю книге. [3]

Ферробор обычно применяют как раскислитель при плавке легированных сталей, для модифицирования сталей с целью повышения механич. В последнее время разработаны марки сталей, специально легированных бором ( до 1 - 5 %), для атомной энергетики. [4]

Допускается обработка стали синтетическими шлаками, вакуумирование, продувка аргоном, модифицирование стали кальцием и редкоземельными элементами из расчета введения в металл не более 0 02 % кальция и 0 05 % редкоземельных элементов. [5]

Ферробор обычно применяют как раскислитель при плавке легированных сталей, для модифицирования сталей с целью повышения механич. В последнее время разработаны марки сталей, специально легированных бором ( до 1 - 5 %), для атомной ансргетики. [6]

В работе [4] обобщено большое количество данных, касающихся образования неметаллических включений при модифицировании стали и сплавов РЗМ, Са, Mg и Li. Оптимальная концентрация РЗМ ( 0 1 %) уменьшает количество неметаллических включений в низкоуглеродистой стали на 30 - 60 %; модифицирование РЗМ приводит к измельчению неметаллических включений. Кальций в оптимальной концентрации также влияет на уменьшение количества и измельчение неметаллических включений в стали. В связи с интенсивным взаимодействием мсгния с кислородом его вводят в расплав в виде лигатуры; данных о влиянии магния сравнительно мало. Здесь также отмечается оптимум, соответствующий 0 2 - 0 3 % Mg. Более высокие концентрации Mg приводят к увеличению количества неметаллических включений, по-видимому за счет образования окислов магния. Модификатор Li в сплаве ХН70ВМЮТ вызывает резкое измельчение неметаллических включений. Авторы считают целесообразным совместное введение РЗМ, силикокальция и ферросилиция в виде модифицирующей добавки в сталь. [7]

Мп) или ферротитан ( 20 % Ti), предварительно азотированные в атмосфере аммиака, для модифицирования стали Х27 азотом. [9]

Например, на влиянии примесей на процесс кристаллизации основаны широко применяемые в настоящее время в металлургии и литейном производстве способы модифицирования стали , чугуна, силумина. [10]

Работы по изучению влияния затравок с различной степенью совершенства структуры и плотностью дислокаций на качество выращиваемых монокристаллов и пленок полупроводниковых материалов представляют значительный интерес при обсуждении механизма модифицирования стали активированными или изоморфными нерастворимыми примесями. Еще больший интерес представляют работы по исследованию влияния дисперсности и распределения нерастворимых примесей на механические свойства композиционных сплавов [3], однако таких данных еще очень мало. [11]

Модифицирование стали нитридами снижает вредное влияние сульфидов. Поэтому сталь марок 15Г2СФ, 14Г2АФ, 16Г2АФ и 18Г2АФпс менее подвержена язвенной коррозии, чем марганцовистая или кремнемарганцовистая сталь, и на эти марки не распространяются ограничения по применению. [12]

Для улучшения качества слитка целесообразно использовать различные способы модифицирования. Под модифицированием стали или сплава в широком смысле этого слова понимают такое воздействие, при котором существенно изменяются структура и свойства при практически неизменном количестве основных компонентов. [13]

Аналогично, но в значительно меньшей степени, влияет кремний. Отмечено положительное влияние модифицирования стали иттрием или цирконием, что может быть связано с их десульфурирующим действием. [15]

Ценовой индекс металлолома снова устремился ввысь

В настоящее время существует три основных способа ввода модификаторов в сталь:

  1. В ковш при выпуске плавки;
  2. В процессе внепечной обработки стали;
  3. Во время разливки стали.

Общим для этих способов является необходимость глубокого предварительного раскисления, чтобы исключить взаимодействие активных элементов модификатора (кальций, барий, РЗМ) с кислородом, растворенным в металле.

Поэтому обычно перед присадкой модификаторов, в сталь задают то или иное количество такого сильного раскислителя как алюминий.

В зависимости от места ввода технология модифицирования имеет свои особенности.

Ковшевое модифицирование

Самый простой, но не самый эффективный и экономный способ модифицирования — введение материалов в ковш во время слива металла из печи. При использовании ковшей небольшой емкости (до 1-1,5 тонн) и быстром сливе металла модификаторы задают в самом начале выпуска плавки или даже засыпают предварительно на дно ковшей, если они холодные или теплые, тем самым исключается преждевременное загорание лигатур. На более крупных ковшах модификаторы присаживают, начиная с наполнения ковша примерно на 1/3 и заканчивают к 2/3 высоты ковша.

Особенностью этого способа модифицирования является необходимость выбора оптимального фракционного состава используемых лигатур, определяющего эффективность модифицировнаия и через удельный расход его - экономические показатели. Другая особенность — это необходимость уменьшения попадания печного шлака в ковш, особенно в начале выпуска, т.к. этот шлак окисляет активные элементы модификатора, способствует запутыванию в нем мелких фракций модификаторов и, в результате, снижает эффективность и стабильность процесса модифицирования.

Для ослабления влияния шлака и обеспечения стабильного эффекта модифицирования в некоторых литейных цехах освоена технология принудительного ввода модификаторов в контейнерах, закрепленных на металлических штангах и вводимых в ковш вручную или краном после полного слива из печи стали и шлака. Однако, по нашему мнению, наиболее перспективным для этих целей является использование трайб-аппаратов и порошковой проволоки, тем более что эта современная технология позволяет существенно снизить затраты на модифицирование за счет уменьшения удельного расхода модификаторов.

Следует отметить, что при применении ковшей с кислой (песок) или шамотной футеровкой происходит ее интенсивное взаимодействие с микроэлементами стали (кальций, РЗМ). Этот процесс их окисления дополнительно усиливается при наличии в ковше значительного слоя жидкого шлака. Поэтому при использовании ковшей большой емкости и, следовательно, при продолжительной разливке металла, эффективность его модифицирования с определенного момента может полностью исчезнуть или проявляться в резко ослабленном виде.

Модифицирование при внепечной обработке стали

В последниие годы наличие внепечной обработки жидкого металла стало обязательной особенностью современного сталеварения. Эта обработка проводится в различных технологических вариантах и на установках различного типа. По нашему мнению, одной из самых эффективных разработок, обеспечивающей максимально благоприятные условия для модифицирования стали, является установка "печь-ковш" со следующими основными технологическими преимуществами:

  • наведение высококачественного рафинировочного шлака, обеспечивающего получение сверхнизких содержаний серы в готовом металле;
  • стабильное получение оптимального химического состава стали в суженных пределах;
  • присадка модификаторов в виде порошковой проволоки с использованием "трайб-аппаратов";
  • донная продувка металла аргоном, обеспечивающая однородный состав стали в объеме ковша после ее модифицирования;
  • использование для футеровки ковша основных или высокоглиноземистых огнеупоров, исключающих взаимодействие с микроэлементами стали и обеспечивающих стабильность эффекта модифицирования в процессе разливки металла;
  • минимальные затраты на модифицирование, т.к. удельный расход модификаторов в 2-3 раза меньше в сравнении с ковшевым модифицированием в прцессе выпуска плавки.

Сейчас для модифицирования различных сталей на установках "печь-ковш" используется только силикокальций. Попытка применить дополнительно РЗМ не дала положительного результата из-за затягивания шиберных разливочных стаканов.

Модифицирование при разливке стали

Недостатками метода ковшевого модифицирования, даже при использовании установки "печь-ковш", являются:

  • затягивание шиберного стакана в прцессе разливки модифицированного металла, особенно при применении для этой цели РЗМ;
  • низкая и недостаточно стабильная степень усвоения модификаторов (кальция, РЗМ), связанная с окислением струи разливаемого металла кислородом воздуха.

Указанные недостатки ослабляются или полностью устраняются при модифицировании стали непосредственно в процессе ее разливки на УНРС или по изложницам в слитки. К сожалению, данные об успешном промышленном применении модификаторов с дачей их в промежуточный ковш или кристаллизатор при разливке на УНРС нам пока неизвестны, хотя именно эта технология модифицирования, по нашему мнению, наиболее необходима и перспективна. Определенный положительный опыт накоплен при модифицировании стали, разливаемой в изложницы - сифоном или сверху.

В первом случае показателен опыт производства мартеновских трубных сталей на ЧТПЗ, где модификатор содержащий РЗМ, в виде "чипсов" задается равномерно в центровую с использованием специальных дозаторов или засыпается в воронку шнековым питателем или просто черпаками.

Во втором - дробленые и фракционированные "чипсы" засыпаются с помощью простейшего устройства (воронка и трубка) на струю металла, вытекающую из промежуточного устройства, установленного на прибыльную надставку.

В обоих случаях удельный расход модификаторов не превышает 1 кг/т стали. Следует отметить, что модифицирование при разливке металла по изложницам вообще является единственно возможным способом при необходимости модифицирования стали, разливаемой на слитки из крупных ковшей, футерованных шамотом и имеющих в них значительный слой окислительного печного шлака.

Широкий спектр машиностроительной продукции, в которой применяют поковки крупных слитков, в ряде случаев обусловливает дополнительные технологические приемы, направленные на повышение качества заготовок.

Для этих целей разработаны различные технологические приемы, обеспечивающие управление процессами затвердевания и формирования слитков. Выбор того или иного технологического приема зависит от комплекса требований, предъявляемых к качеству поковки и готового изделия.

Обычно под модифицированием понимается процесс активного регулирования первичной кристаллизации и изменения степени дисперсности кристаллизующихся фаз путем ввода в расплав малых добавок отдельных химических элементов или соединений. Такие вещества называют модификаторами. Модификаторы, практически не изменяя состав стали, оказывают существенное влияние на ее структуру. Многие из них активно взаимодействуют с компонентами жидкой стали, в результате чего эффект модифицирования в ходе выдержки металла ослабляется. Ввод модификаторов в ряде случаев сопровождается благоприятным воздействием на вредные примеси (раскислением, дегазацией, связыванием серы в устойчивые сульфиды).

Все модификаторы, влияющие на структуру затвердевшего металла делят на две группы: модификаторы первого и второго рода.

Модификаторы первого рода непосредственно образуют в металле центры кристаллизации в виде мелкодисперсной взвеси. Они должны либо сами обладать высокой температурой плавления и создавать твердые частицы, вызывающие гетерогенные образования зародышей, либо образовывать с компонентами стали тугоплавкие соединения, играющие такую же роль. Например, для получения мелкозернистой кристаллической структуры в жидкий металл вводят тугоплавкие соединения, содержащие следующие химические элементы: титан, ванадий, бор, алюминий, цирконий, ниобий, служащие дополнительными центрами кристаллизации. Между тем, при подборе модификаторов первого рода необходимо руководствоваться следующими соображениями: добавка должна образовывать устойчивое тугоплавкое соединение с одним из компонентов сплава или же сам модификатор должен иметь более высокую температуру плавления, чем основа сплава.

Модификаторы второго рода являются поверхностно активными веществами. При кристаллизации они адсорбируются на поверхности растущих кристаллов и тормозят их рост. Это приводит к увеличению величины переохлаждения жидкой стали перед фронтом кристаллизации и создает благоприятные условия для возникновения новых центров зарождения кристаллов, что в итоге способствует измельчению зерна. При выборе модификаторов второго рода учитывают следующие соображения: добавка должна иметь низкий коэффициент распределения в железе, что вызывает увеличение ее концентрации вблизи поверхности кристалла. Растворимость добавки в твердой фазе должна быть небольшой, при этом желательно образование с основой сплава (железом) тугоплавкой эвтектики. Модификаторы второго рода не только измельчают размеры кристаллического зерна, но и изменяют формы роста кристаллов. Они препятствуют развитию игольчатых или пластинчатых кристаллов, придавая им округлые формы. Экспериментально установлено, что в качестве модификаторов второго рода целесообразно использовать щелочные и щелочноземельные металлы.

Модифицирование металла аналогично по характеру действия увеличению скорости охлаждения при кристаллизации. Безусловно, эффект модифицирования зависит от активности вводимых добавок, окисленности, газонасыщенности, загрязненности металла, его физико-химических свойств, температуры расплава, длительности его выдержки в ковше и т.п. Поэтому из-за неизбежности колебаний вышеперечисленных параметров на практике существует достаточно серьезная проблема надежной воспроизводимости результатов модифицирования даже в условиях одного плавильного цеха.

Сильное модифицирующее (инокулирующее) воздействие, например, могут оказывать готовые кристаллы затвердевающей фазы вследствие полного смачивания и сходства их кристаллических решеток. Наибольшие затруднения при реализации этой технологии обычно связываются с ее многоступенчатостью, включающей получение металлического порошка регламентированного химического и фракционного состава, его хранение (предотвращение окисления) и ввод в расплав.

В технологии внепечной обработки жидкой стали все большее применение находит технология обработки лигатурами, содержащими кальций. При этом влияние кальция на структуру и свойства стали проявляется в последовательном протекании многостадийного процесса, обусловленного его высокой химической активностью: рафинирование жидкого металла (раскисление и десульфурация); глобуляризация неметаллических включений; модифицирование макро - и микроструктуры и т.п.

В стали, обработанной кальцием, на поверхности внутризеренного вязкого излома появляются округлые неметаллические включения сульфидов и оксисульфидов, содержащие кальций, которые в силу своей морфологии не оказывают охрупчивающего влияния по сравнению с плоскими остроугольными протяженными выделениями карбонитридов и сульфидов на границах зерен. При этом увеличивается пластичность металла (ударный изгиб - не менее чем в два раза, относительное сужение - на 15-30 %, относительное удлинение - на 10-15%).

Сравнительно малое содержание кальция (0,005-0,008%), которое достаточно для глобулизации сульфидов, свидетельствует о предпочтительности применения кальция в сравнении с другими модификаторами, например, церием (в количестве не менее 0,06 %), для ликвидации межкристаллитного охрупчивания.

Ввод микродобавок кальция также несколько увеличивает уровень прочностных свойств стали. По-видимому, кальций, вытесняя с границ зерен титан, азот и марганец, не только затрудняет образование охрупчивающих выделений, но приводит к увеличению содержания их в твердом растворе внутри зерна указанных элементов, что обеспечивает упрочнение феррита и сопровождается увеличением предела прочности.

Широко применяемый силикокальций из-за ограниченной растворимости кальция в жидкой стали – один из наименее эффективных кальцийсодержащих сплавов. Разработанные сплавы кальция с барием, алюминием, марганцем и с более низким содержанием кремния при различной композиции более эффективны для десульфурации и модифицирования.

Модифицирование стали является эффективным средством повышения качества металлоизделий и экономии металла. В основном для этих целей могут быть использованы комплексные сплавы на основе кремния или алюминия, содержащие магний, щелочноземельные (ЩЗМ), редкоземельные металлы (РЗМ) и другие химически активные элементы.

Прикрепленные файлы: 1 файл

ModifitsirovanieNIRS.docx

Модифицирование стали является эффективным средством повышения качества металлоизделий и экономии металла. В основном для этих целей могут быть использованы комплексные сплавы на основе кремния или алюминия, содержащие магний, щелочноземельные (ЩЗМ), редкоземельные металлы (РЗМ) и другие химически активные элементы.

Производство и применение модификаторов представляет сложную научно-техническую проблему. Одним из основных её аспектов является задача разработки эффективных технологических процессов их производства, обеспечивающих высокое сквозное извлечение активных элементов из сырья. Не менее сложной является разработка рациональных составов сплавов, обеспечивающих простоту, безопасность и экономичность модифицирования стали .

В отличие от обычных ферросплавов к модификаторам потребители предъявляют дополнительные требования по увеличению его плотности и снижению температуры плавления, оптимизации и стабилизации химического и фазового состава сплава .Важным показателем качества модификаторов являются также минимальная окисленность, отсутствие в сплаве газов, засоров в виде шлаковых включений, элементов-демодификаторов и др.

Поскольку формирование качественных показателей модификаторов начинается с выбора исходных шихтовых материалов, проблему широкомасштабной реализации внепечной обработки железоуглеродистых расплавов следует решать системно, суммируя усилия ученых и специалистов смежных отраслей промышленности: ферросплавной, сталеплавильной, литейной.

1. Понятия модифицирование, инокулирование и микролегирование

Обычно под модифицированием понимается процесс активного регулирования первичной кристаллизации и изменения степени дисперсности кристаллизующихся фаз путем ввода в расплав малых добавок отдельных химических элементов или соединений. Такие вещества называют модификаторами. Модификаторы, практически не изменяя состав стали, оказывают существенное влияние на ее структуру. Многие из них активно взаимодействуют с компонентами жидкой стали, в результате чего эффект модифицирования в ходе выдержки металла ослабляется. Ввод модификаторов в ряде случаев сопровождается благоприятным воздействием на вредные примеси (раскислением, дегазацией, связыванием серы в устойчивые сульфиды).

Все модификаторы, влияющие на структуру затвердевшего металла делят на две группы: модификаторы первого и второго рода.

Модификаторы первого рода непосредственно образуют в металле центры кристаллизации в виде мелкодисперсной взвеси. Они должны либо сами обладать высокой температурой плавления и создавать твердые частицы, вызывающие гетерогенные образования зародышей, либо образовывать с компонентами стали тугоплавкие соединения, играющие такую же роль. Например, для получения мелкозернистой кристаллической структуры в жидкий металл вводят тугоплавкие соединения, содержащие следующие химические элементы: титан, ванадий, бор, алюминий, цирконий, ниобий, служащие дополнительными центрами кристаллизации. Между тем, при подборе модификаторов первого рода необходимо руководствоваться следующими соображениями: добавка должна образовывать устойчивое тугоплавкое соединение с одним из компонентов сплава или же сам модификатор должен иметь более высокую температуру плавления, чем основа сплава.

Модификаторы второго рода являются поверхностно активными веществами. При кристаллизации они адсорбируются на поверхности растущих кристаллов и тормозят их рост. Это приводит к увеличению величины переохлаждения жидкой стали перед фронтом кристаллизации и создает благоприятные условия для возникновения новых центров зарождения кристаллов, что в итоге способствует измельчению зерна. При выборе модификаторов второго рода учитывают следующие соображения: добавка должна иметь низкий коэффициент распределения в железе, что вызывает увеличение ее концентрации вблизи поверхности кристалла. Растворимость добавки в твердой фазе должна быть небольшой, при этом желательно образование с основой сплава (железом) тугоплавкой эвтектики. Модификаторы второго рода не только измельчают размеры кристаллического зерна, но и изменяют формы роста кристаллов. Они препятствуют развитию игольчатых или пластинчатых кристаллов, придавая им округлые формы. Экспериментально установлено, что в качестве модификаторов второго рода целесообразно использовать щелочные и щелочноземельные металлы.

Модифицирование металла аналогично по характеру действия увеличению скорости охлаждения при кристаллизации. Безусловно, эффект модифицирования зависит от активности вводимых добавок, окисленности, газонасыщенности, загрязненности металла, его физико-химических свойств, температуры расплава, длительности его выдержки в ковше и т.п. Поэтому из-за неизбежности колебаний вышеперечисленных параметров на практике существует достаточно серьезная проблема надежной воспроизводимости результатов модифицирования даже в условиях одного плавильного цеха.

Сильное модифицирующее (инокулирующее) воздействие, например, могут оказывать готовые кристаллы затвердевающей фазы вследствие полного смачивания и сходства их кристаллических решеток. Наибольшие затруднения при реализации этой технологии обычно связываются с ее многоступенчатостью, включающей получение металлического порошка регламентированного химического и фракционного состава, его хранение (предотвращение окисления) и ввод в расплав.

1.2 Инокулирование

Инокулятор, инокуляция (то же, что и инокулирование; может быть переведено как затравка, внесение затравок) - это давно установившиеся в технической литературе термины для обозначения разнообразных добавок и технологических приёмов воздействия на кристаллизацию и затвердевание с помощью введения в жидкую фазу различных затравок: металлических стержней, сеток, проволоки, лент, шаров, а также гранул, стружки и других дисперсных материалов .

Инокуляторы (латинское inoculatio - прививаю), затравки, микрохолодильники - частицы вещества, вводимые в жидкий металл для ускорения его охлаждения во всем объеме, изменения структуры и образования новых структурных составляющих, армирования отливки.

Инокуляторы-охладители называются фригиторами. Инокуляторы, изменяющие структуру называются модификаторами II рода, Инокуляторы, связывающие компоненты сплава в новые формы называются лигаторами. Армирующими инокуляторами называют инокуляторы для армирования отливки.

Инокуляторы применяют в виде стержней, сеток, лент, гранул, стружки, порошка. Материалами инокуляторов могут быть:

  • металл того же состава, что и расплав;
  • ферросплавы;
  • модификаторы.

Количество вводимых инокуляторов колеблется в очень широких пределах, % от мас. доля расплава: 0,01-0,5 (модификаторы); 0,5 - 10 (фригиторы); 0,5-30 (лигаторы); 15-75 (армирующие инокуляторы).

Микролегирование-введение в металлический сплав неболльшого (до 0,1 % его массы) добавок легирирующих элементов для изменения его свойств в нужном направлении, например, для повышения прокаливаемости или хладостойкости конструкционных, жаропрочных и коррозионно стойких никелевых сплавов.

Процесс микролегирования отличается от процесса легирования именно количеством вводимых добавок, поэтому разделение этих двух понятий в какой-то степени условно. В то же время введение небольшого количества микролегирующих элементов подразумевает под собой более активное влияние добавок на расплав и некоторые технологические особенности, которые, как следствие, также отличают микролегирование от легирования. Но микролегирование (и легирование) зачастую путают с модифицированием или раскислением, а это неверно, так механизм влияния на стуктуру и свойства сталей и сплавов в этих случаях совершенно разный.

Роль малых добавок при микролегировании проявляется преимущественно в результате их воздействия на твердое состояние металла (образование тв. раствора внедрения или замещения; размер вторичных зерен; дисперсность, форму и распределение неметаллич, включений: строение границ и тонкую структуру зерен; снижение отрицательного влияния вредных примесей).

Теоретически обоснованием эффективного влияния малых добавок легирующих элементов на структуру и свойства сталей и сплавов являются положения теории внутренней адсорбции в металлах, по которой обогащение дефектных участков (зон структурной неоднородности) металла некоторымирыми примесными атомами снижает их избыточную, энергию. Положительная, абсорбционная активность растворенных примесей называется горофильностью, а примеси, обладающие такой активностью, — горофильными. Частный случай — межкристаллитная внутрення адсорбция, связанная с обогащением микрокристаллитных сочленений горофильными примесями. Например, горофильные легирующие элементы адсорбируются на границах зерен, уменьшают вредное влияние легкоплавких примесей (S, Pb, Sn, Bi), связывая их в тугоплавкие соединения.


Для стали и сплавов применяют тугоплавкие металлы (Zr, Ti, Nb, V), РЗМ (Се, La, Y и др.) и их смеси (ферроцерий, миш-металл), а тж. Al, Ca, Mg, В, Ва и N. Оптимальное содержание РЗМ в сталях 0,02-0,05 %, бора в конструкц. сталях 0,001-0,002 %, в нерж. и жаропрочных — 0,0015-0,002 %. М. стали РЗМ используют для получения контролир. формы неметаллических включений, снижения зональной и дендритной ликвации в крупных слитках.

2.Влияние ЩЗМ на свойство стали

2.1 Влияние кальция

Кальций являе тся одним из наиболее активных химических элементов и эффективно взаимодействует с кислородом, серой, азотом, водородом и др. элементами. Среди прочих достоинств- удаление мышьяка, свинца, олова.

В настоящее время это наиболее часто используемый модификатор. Кальций имеет ограниченную растворимость в жидком железе и стали, при температуре сталеплавильных процессов высокое сродство к кислороду и активно взаимодействует с футеровкой ковша и шлаком. Поэтому ввод лигатур производится не в сталеразливочный ковш. Кальций повышает температуру плавления сульфидной фазы, и соединения, содержащие серу, образуются в жидком металле. При этом возникает возможность удаления околосульфидных включений из расплава. Введение в расплав ЩЗМ может частично трансформировать корундные включения во включения алюминатов кальция. Эта трансформация зависит от количества введенного кальция.

Роль кальция при введении его в металл сводится не только к изменению включений и обеспечения контроля формы НМВ, но и возможностью влияния на свойства стали явления, связанные с межкристаллитной адсорбцией.

Этот элемент обогащает границы зерен, препятствуя образованию в межкристаллитных сочленениях охрупчивающих металл выделений. Кальций препятствует сегретации в межкристаллитных зонах марганца, титана и азота, что препятствует образованию карбонитридов и сульфидов, охрупчивающих сталь.

2.2 Влияние магния

Содержание магния в количестве 10-15 мас.% комплексного модификатора обеспечивает глубокую десульфурацию и модифицирование сульфидных, оксидных, нитридных, фосфидных и силикатных неметаллических включений, а также повышает раскислительную способность модификатора. Содержание магния в модификаторе менее 10 мас.% не обеспечивает интенсивное раскисление металла, его глубокую десульфурацию, снижает модифицирующие свойства и ухудшает качество стали. Повышение содержания магния в модификаторе более 15 мас.% нецелесообразно потому, что, учитывая высокую упругость пара магния при температурах внепечной обработки и при наличии других высокоактивных элементов кальция и бария, может произойти удаление избыточного магния в газовую фазу.

2.3 Влияние берилия

Бериллий в основном используют как легирующую добавку к различным сплавам. Добавка бериллия значительно повышает твёрдость и прочность сплавов, коррозионную устойчивость поверхностей изготовленных из этих сплавов изделий. Добавка 0,5 % бериллия в сталь позволяет изготовить пружины, которые пружинят при красном калении.

2.4 Влияние бария

Малая растворимость бария в железе, невысокое давление его паров в зоне раствора лигатур, низкая температура плавления приводят к более раннему и эффективному реагированию бария с кислородом и серой, последующему спонтанному удалению продуктов реакции.

В реальных условиях при заливке модифицированного барием стали литейные формы, происходит повышение жидкотекучсти с одновременным уменьшением сил взаимодействия между жидким металлом и материалом формы. Отмечается снижение пригара, количества дефектов и улучшение качества поверхности отливок. Помимо всего прочего, барий оказывает модифицирующее влияние на НМВ, ускоряя их всплывание. Механические свойства стали( предел усталости, ударная вязкость) и их изотропность заметно улучшаются. Отмечается положительное влияние Ва на микроструктуру низколегированной стали после отжига.

2.5 Влияние стронция

Стронций принадлежит к семейству ЩЗМ и по своим физическим характеристикам занимает промежуточное положение между кальцием и барием. Стронций по сродству к кислородку приближается к РЗМ. Теплоты образования оксидов и сульфидов ЩЗМ близким по своему абсолютному.

Для практической реализации эффективного использования стронция необходимы приемы, обеспечивающие контакт паров стронция с металлом в определенное время.

Обработка лигатурами, содержащими стронций, сульфиды преимущественно ( около 70%) разлагаются в осях дендритов. Это связано с тем, что сульфиды ЩЗМ являются подложками при кристаллизации металла от которых растут оси дендритов.

При модифицировании, как правило удается достичь индекса загрязненности стали при определенном количестве модифицирующих добавок.

3. Модификаторы на основе ЩЗМ

3.1 Модификатор кальций-стронциевый карбонат(КСК) для стали
Модификатор представляет собой высокодисперсный порошок со средним содержанием SrCO3 до 8 %. Он предназначен для рафинирующей внепечной обработки чугунов, сталей и цветных сплавов. Обладает модифицирующим эффектом. Расход 4-6 кг на одну тонну жидкого металла.
Введение в расплав сталей, кальций-стронциевого карбоната сопровождается интенсивным перемешиванием металла вследствие выделения пузырьков СО2. Это усиливает эффект рафинирования расплава от неметаллических включений и газов, особенно водорода, а также усредняет расплавы по температуре и химическому составу. При обработке связывается сера в сульфиды стронция. Их размеры становятся меньше, а форма приближается к глобулярной. Существенно уменьшаются выделения сульфидов по границам зерен. Основное отличие материала заключается в том, что он получен физико-химическим путем. Специально подобранный гранулометрический состав создает оптимальный газовый режим и обеспечивает ярко выраженный классический адсорбционно-флотационный механизм рафинирования. Процесс рафинирования смесью КСК экологически чистый.
В результате рафинирования металла растут механические свойства, особенно ударная вязкость. Увеличивается жидкотекучесть расплава. Преимуществом материала также является одновременное рафинирующее и модифицирующие действия за счет соединений стронция.
Ввод КСК осуществляется подачей на дно ковша. Обработка чугунов карбонатом повышает их износостойкость. Максимальная износостойкость наблюдается при добавлении карбоната до 3 кг/т для ИЧХ28Н2, а для ИЧ300Х16Ф8 до 5 кг/т. Это можно объяснить тем, что при таком количестве карбоната он действует как добавка, рафинирующая и модифицирующая чугун.

Читайте также: