/ 283 1 (54), 2 (55), 2010 The received results testify that introduction into composition complex of modifiier of carbide-forming and surfactant elements promotes increasing of its efficiency on macro- and microstructure of steel. о. с. коМАров, БНТу, в. и. волосАТиков, д. о. коМАров, ГП «Научно-технологический парк БНТу «Политехник», в. д. ТульЕв, Н. и. урБАНович, БНТу УДК 621.74; 699.13 комплексное модИфИЦИрованИе нИзкоуглеродИстой сталИ Модифицирование стали химически-актив ны- ми элементами (Са, Al, РЗМ), сопровождающееся ее раскислением, нашло широкое применение в практике литейного производства [1, 2]. При его применении отмечается измельчение зерна на 2–3 балла, уменьшение глубины транскристаллизации и несколько возрастают прочностные характери- стики. Аналогичный эффект наблюдается и при введении в сталь карбидообразующих элементов (V, B, Ti, Zr, Nb) [3, 4] или соединений в виде ни- тридов и карбонитридов [5, 6]. Существует мне- ние, что введение в состав модификаторов поверх- ностно-активных элементов (Те, Bi, Sb), так назы- ваемое комплексное модифицирование, должно усиливать эффективность модифицирования [7]. Однако для стали комплексное модифицирование не нашло широкого применения. Кроме того, остает- ся открытым вопрос о влиянии количества карби- дообразующих элементов в составе модификатора на его эффективность. Целью настоящих исследований является изу- чение влияния количества карбидообразующего элемента в составе комплексного модификатора на макро- и микроструктуру низкоуглеродистой стали. Эксперименты проводили на стали, содержащей С – 0,25 мас.%, Si – 0,4; Mn – 0,55; Cr – 0,27 мас.%. Плавку осуществляли в печи ИСТ 0,4 с кислой фу- теровкой по стандартной методике. В качестве мо- дификатора, который вводили под струю при за- полнении ковша в дополнение к постоянным до- бавкам 0,01% Al и 0,001% МИГ2, использовали смесь, состоящую из химически-активных компо- нентов 0,04% Al, 0,01% Ti, карбидообразующих (до 0,01%) и поверхностно-активных (0,01%). Ме- талл заливали в кокиль, окрашенный дистенсили- манитовой краской с толщиной слоя около 0,5 мм. Толщина стенок кокиля – 25 мм, высота – 125 мм, внутренняя полость 50×50 мм (рис. 1). Сверху на кокиль устанавливали чашу из стержневой смеси, объем которой равен объему внутренней полости кокиля. Полученные стальные слитки разрезали на половине высоты и после глубокого травления в смеси кислот исследовали их макроструктуру. Для изучения микроструктуры на половине высо- ты вырезали образцы размером 10×15 мм и дли- Рис. 1. Кокиль для заливки экспериментальных образцов: а – части кокиля; б – кокиль в сборе 284 / 1 (54), 2 (55), 2010 ной 25 мм и на удалении 8, 16 и 24 мм от охлаж- дающей поверхности определяли номер зерна. На рис. 2, а показана макроструктура половин- ки слитка, полученного после добавки 0,01% Al + 0,001% МИГ2, а на рис. 2, б–г – микроструктура на удалении 8, 16 и 24 мм от охлаждающей по- верхности соответственно. Обработка расплава стали Al и МИГ2 принята в качестве базовой на УПП «Универсал-Лит» (г. Солигорск) и она оста- валась неизменной в последующих опытах, в ходе которых дополнительно вводили Al, Ti, поверх- ностно-активный элемент и переменную по вели- чине добавку карбидообразующего элемента. На рис. 3 приведены аналогичные структуры для случая дополнительного модифицирования карбидообразующим и поверхностно-активным элементом в количестве 0,006 и 0,01% соответ- ственно. Комплексное модифицирование обеспе- чило получение плотного слитка с мелкодисперс- ной дендритной структурой и повышение номера зерна примерно на 3 балла. Для изучения влияния количества карбидо- образующего элемента на структуру слитков измеряли соотношение площади поверхности, занятой зоной «замороженных» поверхност- ных кристаллов, зоной столбчатых (транскри- сталлитных) и равноосных кристаллов. Как следует из рис. 4, соотношение между зонами носит сложный характер. Наименьшая пло- щадь, занятая транскристаллитной макрострук- Рис. 2. Макро- (а) и микроструктура исходного слитка (б–г): б – номер зерна – 1; в – номер зерна – 2; г – номер зерна – 3. × 100 Рис. 3. Макро- (а) и микроструктура слитка с дополнитель- ной добавкой Al, Ti, 0,01% поверхностно-активного и 0,006% карбидообразующего элемента (б–г): б – номер зер- на – 4; в – номер зерна – 5; г – номер зерна – 6. × 100 Рис. 4. Влияние величины добавки на соотношение зон: 1 – замороженные кристаллы; 2 – равноосная; 3 – транскри- сталлитная Рис. 5. Влияние величины добавки на количество дендри- тов: 1 – транскристаллитная; 2 – равноосная / 285 1 (54), 2 (55), 2010 турой, соответствует 0,006% карбидообразующего элемента. Важным показателем структуры является раз- мер дендритов или их количество на единице по- верхности шлифа. Результаты расчета для различ- ных зон приведены на рис. 5. Из рисунка видно, что существует оптимальная величина добавки карбидообразующего элемента, уменьшение или увеличение которой приводит к укрупнению мак- розерна. Характерно синхронное измельчение структуры в обеих зонах. Микроструктура слитков также зависит от ве- личины добавки. Наиболее дисперсная структура соответствует добавке 0,006% карбидообразующе- го компонента (рис. 6). Полученные результаты свидетельствуют о том, что введение в состав комплексного модификатора карбидообразующих и поверхностно-активных элементов способствует увеличению эффективно- сти его влияния на макро- и микроструктуру стали. Кроме того, опыты показали, что в каждом кон- кретном случае максимальный эффект можно полу- чить при определенной по величине добавке кар- бидообразующего элемента, превышение которой может снизить эффективность модифицирования. Рис. 6. Зависимость номера зерна от добавки карбидо- образующего элемента: 1 – 8 мм от поверхности; 2 – 16; 3 – 24 мм Литература 1. А н д р е е в И. Д., А ф о н а с к и н А. В., Б а ж о в а Г. Ю., Д о р о д н ы й В. Д. Влияние технологических параме- тров модифицирования комплексными модификаторами на свойства отливок // Литейное производство. 2002. № 6. С. 13–15. 2. М у б Л. Г., М а к а р о в В. В., Л я л и н О. П., У с м а н о в Р. Г. Десульфурация стали 25л с помощью комплексных модификаторов с РЗМ // Литейное производство. 2003. № 3. С. 31–32. 3. Г о р е л о в В. Г., Р о м а н е н к о Д. Г., Д е м и д о в а Е. И. Макролегирование кислой стали с использованием ва- надийсодержащих отходов // Литейное производство. 2002. № 2. С. 9. 4. Бор, кальций, ниобий и цирконий в чугуне и стали / Под ред. С. М. Винарова. М.: Металлургия, 1961. 5. Е р е м и н Е. Н. Закономерности комплексного модифицирования литого электрошлакового металла // Анализ и син- тез механических систем. Омск: Изд-во ОмГТУ, 1998. С. 131–134. 6. К о м ш у к о в В. П., Ф о й г т Д. Б., Ч е р е п а н о в А. Н., А м е л и н А. В. Модифицирование непрерывнолитой стали нанопорошками тугоплавких соединений // Сталь. 2009. № 4. С. 65–68. 7. Д а в ы д о в И. В. Технология наномодифицирования доменных и ваграночных чугунов // Заготовительное произ- водство. 2005. № 2. С. 3–9.