/ 75 3 (56), 2010 В. Ю. СТЕЦЕНКО, А. П. ГУТЕВ, В. В. НОВИКОВ, ИТМ НАН Беларуси УДК 621.74:669.14.2/8 ВЛИЯНИЕ СИЛУМИНОВОГО РАСКИСЛИТЕЛЯ- МОДИФИКАТОРА НА СТРУКТУРУ СТАЛЬНЫХ СЛИТКОВ It is shown that introduction of structural-superfine silumin deoxidizer-modifier allows to decrease the quantity of input into liquid steel lump and tribe-hardware deoxidizers more than by 30%, to reduce the defects of ingots by liquating stripes half, to reduce the content of sulphur in steel by 11–26% and of phosphorus by 12–42% and also to grind the steel grade 2–8 times as much. В настоящее время при внепечной обработке качественных сталей для их рас- кисления в основном применяют алюминий. Для модифицирования используют силикокальций, который чаще всего вводят в виде порошка в трайб-аппаратной проволоке. Широко применяется осаждающее раскисление, при котором алюми- ний непосредственно вводят в жидкий металл. При раскислении чушками наблю- дается высокий угар от 50 до 90% и нестабильное содержание алюминия в стали [1]. Поэтому перед разливкой металла проводят дораскисление жидкой стали алюми- ниевой катанкой. Перспективным способом улучшения свойств выплавляемой стали является совмещение операции раскисления с модифицированием стали пу- тем введения структурно-высокодисперсных силуминов [2,3]. Повысить эффек- тивность раскисления жидкой стали без изменения технологии выплавки мож- но путем увеличения раскисляющей способности раскислителя за счет увели- чения дисперсности его микроструктуры. Для достижения модифицирующего эффекта раскислителя в его составе должны присутствовать модифицирующие добавки, такие, как кальций или магний. В Институте технологии металлов НАН Беларуси разработана технология литья алюминиево-кремниевых сплавов, по- зволяющая получать отливки с высокодисперсной микроструктурой [4]. Данная технология была применена для получения структурно-высоко дис персного силу- минового раскислителя-модифи ка тора (СРМ). Для улучшения непрерывнолитой стали, выплавляемой на РУП «Белорусский металлургический завод», в Институте технологии металлов НАН Беларуси раз- работаны СРМ, содержащие Si и Mg (СРМ-1) и Si, Mg, Ca и Ti (СРМ-2) [5]. Эф- фективность раскисления стали при внепечной обработке зависит не только от со- става раскислителя, но и от способа его ввода в расплав. Присадка СРМ в расплав стали, как и чушкового алюминия, осложняется значительной разностью их плот- ностей, что приводит к его всплыванию. Из-за высокой активности алюминия большая его часть угорает. Для повышения усвоения жидкой сталью лигатуру СРМ-1 присаживали по заводской технологии под струю металла при сливе из печи в сталь-ковш, а СРМ-2 вводили по принципу сэндвич-процесса. Лигатуру СРМ-1 получали литьем в кристаллизатор со струйной системой охлажде- ния, что позволяет измельчать все фазовые составляющие микроструктуры. Это повыша- ет раскисляющую способность СРМ-1, а модифицирующие добавки измельчают зерно Стеценко В. Ю. Новиков В. В. Гутев А. П. 76 / 3 (56), 2010 стали. Для повышения эффективности растворения СРМ-1 отливки были утяжелены стальным грузом, расположенным в центре отливок. Опытную партию СРМ-1 в количестве 205 кг получали в виде отливок диаметром 120 мм и высотой 220 мм. Для ввода СРМ-2 в сталь-ковш сэндвич-про- цессом было изготовлено устройство, состоящее из двух стальных листов в форме квадрата со сто- ронами 1500 мм и толщиной 20 мм каждый. Масса СРМ-2, без устройства его ввода в жидкий металл, составляла 200 кг. Его выплавляли на основе вто- ричного силумина в индукционной электропечи емкостью 50 кг. Далее этим расплавом заполняли сегменты на нижнем стальном листе. Для измель- чения микроструктуры СРМ-2 применяли наслед- ственное модифицирование путем добавления в плавку 30% мелкокристаллической шихты. В ка- честве мелкокристаллической шихты использова- ли силуминовые заготовки диметром 70 мм и вы- сотой 200 мм, полученные литьем закалочным за- твердеванием [6]. Опыты по внепечной обработке проводили на стали марки 32Г2-2 в ЭСПЦ-2 РУП «БМЗ». Обра- ботку расплава силуминовыми лигатурами прово- дили на выпуске жидкой стали из печи в сталь- ковш. Температура в сталь-ковше перед выпуском металла из печи составляла в среднем 950 °С. СРМ-1 вводили в количестве 205 кг в виде отливок, в среднем по 8 кг каждая, присаживая в сталь-ковш по склизу под струю металла. СРМ-1 вводили после заполнения сталь-ковша на 1/4. Об- щая масса раскисляемой стали составляла 112 т. Полезная масса раскислителя не превышала 145 кг, а 30% общей массы СРМ-1 приходилось на стальной груз, расположенный в центре отливок. После ввода СРМ-2 дальнейшую внепечную обра- ботку расплава проводили по заводской техно- логии. Ввод СРМ-2 осуществляли по схеме, показан- ной на рис. 1. Раскислитель с устройством его вво- да помещали на дно предварительно прогретого сталь-ковша за 5 мин перед выпуском расплава из печи. Такой способ ввода позволяет защитить рас- кислитель от преждевременного расплавле- ния, а гидродинамический поток струи металла, ударяясь о верхний лист устройства, удерживает СРМ-2 на дне сталь-ковша. Заполнение сталь- ковша длилось 4 мин. Плавку по обычной заводской технологии маркировали № 1, плавки с обработкой СРМ-1 и СРМ-2 – № 2 и 3 соответственно. Химический состав опытных плавок стали 32Г2-2 после рас- кисления и наведения шлака приведен в табл. 1. Расход материалов при трайб-аппаратной об- работке расплава стали в печь-ковше по экспери- ментальным плавкам приведен в табл. 2. Рис. 1. Схема раскисления стали в 100-тонном сталь-ковше: 1 – сталь-ковш; 2 – жидкая сталь; 3 – устройство ввода рас- кислителя; 4 – СРМ-2 Т а б л и ц а 1.   Химический состав опытных плавок стали 32Г2-2  Номер плавки Содержание элементов, % C Si Al Mn Ti P S 1 0,2375 0,2379 0,0214 1,1821 0,0011 0,0193 0,0424 2 0,265 0,2261 0,0207 1,2505 0,0014 0,0172 0,0374 3 0,293 0,2791 0,0469 1,3275 0,0021 0,0143 0,0247 Т а б л и ц а 2.   Трайб-аппаратная обработка расплава стали в печь-ковше Номер плавки Наименование материала Количество, кг 1 Al катанка 75,24 ПР, СК40, TT 93,05 ПР, ГР, TT 131,89 2 Al катанка 49,59 ПР, СК40, TT 93,09 ПР, ГР, TT 79,92 3 Al катанка 11,97 ПР, СК40, TT 90,91 ПР, ГР, TT 0 / 77 3 (56), 2010 Из таблицы видно, что по сравнению с плавкой № 1 количество потребляемой алюминиевой ка- танки в плавках № 2 и 3 снизилось на 33 и 84% соответственно. Для исследования макроструктуры из горя- чекатаных заготовок диаметром 140 мм были вы- резаны по два темплета. ЦЗЛ РУП «БМЗ» прове- дена оценка макроструктуры темплетов по ОСТ 14-1-235-91 в сравнении со шкалами, используя метод снятия серных отпечатков по Бауману. Тем- плеты были протравлены в 50%-ном растворе со- ляной кислоты. Результаты оценки макрострукту- ры слитков приведены в табл. 3. Согласно результатам металлографического ана- лиза, макроструктура протравленных поперечных темплетов удовлетворительная, не имеет остатков усадочной раковины, рыхлости, подкорковых пу- зырей, расслоений, трещин и шлаковых включений. Из табл. 3 следует, что макроструктуры опыт- ных и обычных горячекатаных заготовок пример- но равны и уменьшение алюминиевой катанки не ухудшает макроструктуру слитка. Введение СРМ-1 и СРМ-2 в количестве 0,2% от массы металла в ковше позволило уменьшить запороченность по ликвационным полоскам по сечению темплета с 50 до 25%. Была проведена оценка загрязненности неме- таллическими включениями по максимальному баллу для всех типов включений (A, B, C, D, тол- стые и тонкие) согласно ASTM E45 (метод D) (табл. 4). По ASTM E45 включения подразделяют- ся на четыре категории по их морфологическим признакам и на две подкатегории по их ширине или диаметру. Категории определяют форму вклю- чений: A – сульфид, B – оксид алюминия, C – си- ликат, D – шарообразный оксид; подкатегории «толстый» и «тонкий» – их толщину. Из таблицы следует, что слитки опытной плавки, обработан- ные СРМ-1, более загрязнены силикатами, но в пре- делах допуска ТУ, а по содержанию других неме- таллических включений примерно равны загряз- ненности слитков серийной плавки. Для исследования микроструктуры слитков из горячекатаных темплетов диаметром 140 мм были вырезаны образцы. После шлифовки, полировки и травления 2%-ным раствором азотной кислоты Т а б л и ц а 3.   Результаты макроструктурного анализа горячекатаных заготовок Номер плавки Номер образца Макроструктура, ГОСТ 10243, балл ЦП ТН ЛК ОПЛ КПЛ ПЛ МТ ПП ЛП Балл/длина, мм, %, запо- роченности по сечению СП 1 1 0,5 0,5 0 0 0 0,5 0 0 0 0 2 1,0 0,5 0 0 0 1,0 0 0 0,5/3 = 50 0 2 1 0,5 0,5 0 0 0 1,5 0 0 0 0 2 0,5 0,5 0 0 0 1,0 0 0 0,5/4 = 25 0 3 1 0,5 0,5 0 0 0 1,0 0 0 0 0 2 0,5 0,5 0 0 0 0,5 0 0 0,5/4 >25 0 П р и м е ч а н и е. ЦП – центральная пористость; ТН – точечная неоднородность; ЛК – ликвационный квадрат; ОПЛ – об- щая пятнистая ликвация; КПЛ – краевая пятнистая ликвация; ПЛ – подусадочная ликвация; МТ – межкристаллитные трещины; ПП – подкорковые пузыри; ЛП – ликвационные полоски; СП – светлые полоски. Т а б л и ц а 4.   Результаты оценки загрязненности стали неметаллическими включениями Номер плавки Номер образца А B C D тонкие толстые тонкие толстые тонкие толстые тонкие толстые 1 1 1,5 0,5 0 0 0 0 0,5 0 2 1,5 1 1 1 0 0 0,5 0 3 1,5 1 0 0 0 0 0,5 0,5 max 1,5 1 1 1 0 0 0,5 0,5 2 1 1,5 0,5 1,5 0,5 0 0 0,5 0 2 1,5 0,5 0 0 0 0 0,5 0 3 1,5 0,5 0,5 0,5 1,5 2 0,5 0 max 1,5 0,5 1,5 0,5 1,5 2 0,5 0 3 1 1,5 0,5 0 0 0 0 0,5 0 2 1,5 0,5 1 0 0 0 0,5 0 3 1,5 1 0 0 0 0 0,5 0 max 1,5 1 1 0 0 0 0,5 0 78 / 3 (56), 2010 структуру микрошлифов исследовали методом ме- таллографического сравнительного анализа с помо- щью аппаратно-программного комплекса на базе микроскопа «Carl Zeiss Axiotech vario». Микрострук- тура горячекатаных заготовок диаметром 140 мм, по- лученных по опытным и обычной заводской техно- логиям, показана на рис. 2. Из рисунка видно, что раскисление стали 32Г2-2 СРМ-1 по заводской тех- нологии в количестве 0,02% от массы металла в сталь-ковше позволило измельчить размер зерна в 2–4 раза (рис. 2, б), а раскисление стали лигатурой СРМ-2 сэндвич-процессом в количестве 0,02% от массы метала в сталь-ковше – в 6–8 раз (рис. 2, в). Таким образом, установлено, что структурно- высокодисперсный силуминовый раскислитель- модификатор позволяет уменьшить количество вводимых в жидкую сталь кусковых и трайб-аппа- ратных раскислителей более чем на 30%, снизить запороченность слитков по ликвационным поло- скам в 2 раза, содержание серы в стали на 11–26% и фосфора на 12–42%, а также измельчить размер зерна стали в 2–8 раз. Рис. 2 Микроструктура горячекатаных заготовок диаметром 140 мм из стали 32Г2-2: а – обычная за- водская; б – раскисленная СРМ-1; в – раскисленная СРМ-2в ба Литература 1. Г о л у б ц о в В. А. Теория и практика введения добавок в сталь-ковш вне печи. Челябинск, 2006. 2. М а р у к о в и ч Е. И., С т е ц е н к о В. Ю., Г у т е в А. П., А н д р и а н о в Н. В., М а т о ч к и н В. А. Модифициро- ванный силуминовый модификатор для непрерывной разливки стали на МНЛЗ // Металлургия и литейное производство. 2007. Беларусь: Тр. конф. Жлобин, 2007. 3. С т е ц е н к о В. Ю., Г у т е в А. П., Г а ц у р о В. М., В о в с я С. А. Сэндвич-процесс при модифицировании стали // Металлургия и литейное производство. 2007. Беларусь: Тр. конф. Жлобин, 2007. 4. С т е ц е н к о В. Ю., Р а д ь к о С. Л. Литье силуминов в кокиль со струйной системой охлаждения // Литье и металлур- гия. 2006. № 2. С. 136–138. 5. М а р у к о в и ч Е. И., С т е ц е н к о В. Ю. Модифицирование сплавов. Мн.: Беларуская навука, 2009. 6. С т е ц е н к о В. Ю., Р а д ь к о С. Л. Улучшение структурной наследственности поршней из доэвтектического силуми- на АК5М7 // Литье и металлургия. 2005. № 2. Ч. 1. С. 127–128.