/ 33 1 (54), 2 (55), 2010 The available experimental data are generalized with the purpose of determination of relation between speed of dendrite crystals growth and size of diffusion overcooling for different grades of steel. ю. А. сАМойлович, НПП «ПлАТАН», в. и. ТиМоШПольский, и. А. ТрусовА, БНТу, А. в. МАТочкиН, ГНПо «Белстанкоинструмент» УДК 621.246.5 управленИе проЦессом транскрИсталлИзаЦИИ сталИ путем ее мИкролегИрованИя прИ непрерывной разлИвке. сооБЩенИе 2. оБоБЩенИе ЭксперИментальных результатов В работе [1] приведены результаты развития теории кристаллизации расплава с учетом воздей- ствия инокуляторов на формирование структуры слитков и заготовок, при этом основное внимание уделено исследованию условий существования в охлаждаемом расплаве нитридов титана как наи- более часто применяемых на практике с целью упрочнения конструкционной стали. В настоящей работе в продолжение указанных исследований обобщены имеющиеся эксперимен- тальные данные с целью установления зависимо- сти между скоростью роста дендритных кристал- лов и величиной диффузионного переохлаждения для различных марок стали. Результаты воздействия инокуляторов – частиц нитрида титана на показатели кристаллической структуры опытных отливок из углеродистой стали, содержащей от 0,1 до 0,6% углерода, приведены в работе [2]. Исходной предпосылкой авторов явля- лось то, что при наличии в охлаждаемом расплаве соответствующих концентраций титана и азота ча- стицы нитрида титана выделяются до начала про- цесса кристаллизации. При проведении эксперимен- тов расплав углеродистой стали перегревали выше точки ликвидуса и затем до начала охлаждения вво- дили в расплав специальную TiN-лигатуру в виде дроби или мелких слиточков. По окончании расплав- ления лигатуры исследовали размеры частиц образо- ванной в расплаве суспензии частиц нитрида титана. Как отмечено в работе [2], размеры частиц TiN изме- нялись от 0,7 до 10 мкм. Эксперименты проводили со сталью, в которой содержание углерода составляло 0,1–0,2% (группа 1), 0,3–0,4% (группа 2) и 0,5–0,6% (группа 3). Для всех трех групп количество вводимой TiN-лига- туры подбирали таким образом, чтобы получить в расплаве содержание титана, равное 0,01, 0,04, 0,07, 0,10 и 0,17%. Результаты экспериментов сводятся к следую- щему: • в слитках, затвердевших без добавки нитрида титана, наблюдаются хорошо развитые столбчатые кристаллы по всему поперечному сечению слитков; • при содержании в расплаве 0,01% Ti зона столбчатых кристаллов несколько сокращается; • при содержании в расплаве 0,04% Ti дендри- ты по всему сечению слитков становятся мелкоди- сперсными либо заменяются глобулярными кри- сталлами; • при содержании в расплаве 0,07% титана все сечение опытных слитков полностью заполнено мелкими глобулярными дендритами. Из практики известно, что при вводе TiN-лига- туры в плавильную печь часть образующихся в ме- талле нитридов титана всплывает и смешивается со шлаком на поверхности металлической ванны, вслед- ствие чего пpи последующей разливке в затвердева- ющий слиток поступает уменьшенное количество TiN-лигатуры. Для проверки данного явления авто- ры работы [2] выполнили специальную серию экс- периментов, в ходе которых лигатуру вводили ча- стично в плавильную печь, частично непосредствен- но в изложницу для отливки опытных слитков мас- сой 35 кг при содержании углерода в пределах 0,3–0,4%. При этом количество вводимой в расплав лигатуры подбирали таким образом, чтобы содержа- ние титана в затвердевшей стали изменялось в пре- делах 0,02, 0,07 и 0,15%. 34 / 1 (54), 2 (55), 2010 Опыты подтвердили, что полное устранение столбчатых кристаллов в остывших стальных слитках достигается при исходном содержании ти- тана в количестве 0,15% при подаче лигатуры в плавильную печь либо при содержании титана в количестве 0,07% при подаче лигатуры непо- средственно в изложницу. Тем самым доказано су- ществование значительных потерь титана при вво- де лигатуры в плавильную печь и целесообраз- ность ввода лигатур непосредственно в изложницу либо в металлическую ванну непрерывнолитой стальной заготовки. Для ряда легированных марок стали влияние инокуляторов на формирование дендритной струк- туры слитков экспериментальным путем исследо- вано в работе Ю. З. Бабаскина [3], где основное внимание уделено режимам кристаллизации отли- вок из хромоникелевых сталей аустенитного типа, для которых склонность к развитой транскристал- лизации обусловлена малой величиной интервала кристаллизации ∆Ткр = Тлик –Тсол = 25–35 град, что вызывает незначительное развитие зоны пере- охлаждения перед вершинами растущих кристаллов. Эксперименты в работе [3] проводили со слит- ками диаметром от 20 до 60 мм со сталью марок 38ХНЗМЛ, Х18Н19Л, Х18Н10Л и 1Х21Н11В3Л. Исследование сочетало изучение температурно- временных характеристик остывания затвердеваю- щего расплава (продолжительность снятия пере- грева, длительность периода «стояния ликвидуса», общая длительность затвердевания) с детальным изучением основных показателей дендритной струк- туры отливок – ширины зоны столбчатых дендри- тов, средней величины равноосных кристаллов, расстояния между ветвями дендритов второго по- рядка. Полнота исследованных факторов процесса кристаллизации выгодно отличает работу Ю. З. Ба- баскина [3] от ряда других исследований данной проблемы. Особенно наглядные результаты иссле- дования воздействия тугоплавких инокуляторов на показатели дендритной структуры отливок полу- чены автором [3] для аустенитной нержавеющей стали Х18Н10Л. Микрофотографии (рис. 1, б, в) показывают вли- яние добавки различных количеств нитрида титана (0,05 и 0,3%) на характер получаемой литой структу- ры поперечного сечения опытного слитка диаметром 40 мм в сравнении со структурой слитка, отлитого без ввода инокулятора (рис. 1, а). На рис. 2 показано изменение ряда отмеченных показателей дендрит- ной структуры отливки (помимо основного пока- зателя, ширины зоны столбчатых кристаллов) от объемной плотности частиц инокулятора TiN от нуля до 3⋅108 шт./см3. Можно отметить определен- ное противоречие экспериментальных данных, со- ответствующих использованию нитрида титана и приведенных на рис. 1 и 2: графики 1 и 4, рис. 2, относящиеся к опытным слиткам диаметром 40 и 60 мм, указывают на снижение ширины зоны столбчатых кристаллов на 45–50%, тогда как ма- кроструктура для слитка диаметром 40 мм (см. рис. 1, в) не обнаруживает никаких признаков столбчатых кристаллов. Возможно, это противоре- чие связано с использованием большей дозы ино- кулятора при проведении опытов, результаты ко- торых приведены на рис. 1. Рис. 1. Микроструктура стали Х18Н10Л в слитке диаметром 40 мм по данным [3]: а – без добавок; б – с добавкой 0,05% TiN; в – с добавкой 0,03% TiN; температура заливки 1560 º С. ½2,5 Рис. 2. Влияние добавок TiN на ширину зоны транскристаллизации (1, 4), среднюю ширину столбчатых дендритов (2, 5) и расстояние между ветвями второго порядка (3, 6) в слитках стали Х18Н9Л диаметром 60 мм (1–3) и Х18Н10Л диаметром 40 мм (4–6), температура заливки 1560 ºС по данным [3] / 35 1 (54), 2 (55), 2010 В работе [3], помимо нитридов титана, иссле- довано влияние ряда других тугоплавких инокуля- торов (карбидов циркония и титана, нитрида вана- дия) на характер дендритной кристаллизации от- ливок. В качестве примера на рис. 3 показано воз- действие указанных инокуляторов на основные показатели дендритной структуры отливок при из- менении объемной плотности частиц инокулято- ров от 4⋅107 до 2⋅108 шт./см3. На рис. 4 показано влияние частиц нитрида ва- надия на основные показатели дендритной струк- туры отливок при изменении количества введен- ного в расплав инокулятора от нуля до 0,5% VN. Из рисунков видно, что введение тугоплавких ино- куляторов различного рода весьма существенно снижает протяженность зоны столбчатых кристал- лов – от 30 до 50%. Для нитридов ванадия (рис. 4) зафиксировано снижение зоны столбчатых кристаллов с 15 до 3 мм, т. е. в 5 раз. Несмотря на ограниченность исследованного набора марок стали, представленная в [3] ком- плексная методика исследования может служить примером выполнения аналогичных исследова- ний, имеющих более непосредственное отношение к условиям кристаллизации непрерывнолитых за- готовок в отношении химического состава наибо- лее ходовых марок стали, а также для режимов охлаждения, соответствующих условиям охлажде- ния заготовок на промышленной МНЛЗ. Рис. 3. Влияние тугоплавких инокуляторов на показатели кристаллической структуры стали 2Х21Н11В3Л в слитке диаметром 50 мм по данным [3]; тип инокулятора: I – ZrC; II – ZrN; III – TiC; IV – TiN. Штриховые линии – значения показателей структуры без добавок частиц инокулятора; 1 – в зоне равноосных дендритов; 2 – в зоне столбчатых дендритов Рис. 4. Влияние добавок частиц инокулятора VN на характе- ристики дендритной структуры стали 2Х21Н11В3Л в слит- ке диаметром 50 мм: 1 – в зоне равноосных дендритов; 2 – в зоне столбчатых дендритов по данным [3] Литература 1. С а м о й л о в и ч Ю. А., Т и м о ш п о л ь с к и й В. И., Т р у с о в а И. А. Управление процессом транскристаллизации стали путем ее микролегирования при непрерывной разливке. Сообщение 1. Теоретические основы торможения роста столбча- тых кристаллов // Литье и металлургия. 2009. № 4. С. 105–109. 2. М а л и н о ч к а Я. Н., Б л и з н ю к о в а Л. А., Б а л а к и н а Л. А. О влиянии инокуляторов на кристаллизацию и структуру стального слитка // Проблемы стального слитка. М.: Металлургия, 1978. Т. 7. С. 47–48. 3. Б а б а с к и н Ю. З. Структура и свойства литой стали. Киев: Наукова думка, 1980.