Дослідження механізмів формування неметалевих включень у сталі 23Г2А

Abstract

UK: Постановка проблеми. Викладено результати досліджень хімічного і фазового складу неметалічних включень у литій сталі 23Г2А і механізмів їх утворення після обробки в ковші комплексною технологічною добавкою ДТ1, запропонованою замість феротитану марки ФТи68. Методика. У роботі застосували, окрім металографічних досліджень, метод об'ємного виділення, який полягає в тому, що метал піддавали анодному розчиненню в електроліті. Іони і молекули розчиненого металу проходили крізь пори колоїдного мішечка. Тверді частинки осаду неметалічних включень, що не розчинилися, досліджували за допомогою рентгеноструктурного фазового і хімічного аналізів. Осад, отриманий у результаті електрохімічного розчинення сталі 23Г2А, досліджували методом рентгеноструктурного аналізу з метою визначення фазового складу неметалічних включень. Для цього розчин з осадом фільтрували і висушували, відділяли від фільтрувального паперу і досліджували на установці ДРОН−2,0 у випромінюванні хрому і міді. Мікроструктуру сталі 23Г2А, а саме, особливості розподілу неметалічних включень в литій сталі, досліджували методами оптичної мікроскопії. Результати. Встановлено, що в сталі, обробленій феротитаном ФТі68, карбіди марганцю Mn5C2, хрому Cr23C6, заліза Fe3C утворюють складнолегований цементит типу (Fe, Mn, Cr)3C, а в сталі, обробленій добавкою ДТ1, − складнолегований цементит типу (Fe,Cr)3C і нітрид титану. За допомогою рентгеноструктурного і петрографічного методів доведено, що після обробки добавкою ДТ1 досягнуто істотного підвищення якості сталі порівняно з обробкою феротитаном ФТі68. Установлено зниження загальної кількості кисню, що входив до складу оксидів. Доведено сильнішу розкиснювальну дію добавки ДТ1 порівняно з феротитаном. Наукова новизна. Показано, що титан в умовах зародження зерен і впливу на зернову структуру сталі діє як модифікатор І роду, а під час формування структури дендриту і неметалічних включень − як модифікатор ІІ роду. Доведено, що існує інтервал значень вмісту титану (0,019…0,025 %), при якому і кількість неметалічних включень у сталі незначна: ~ (6…17)·10-3 %). При вмісті титану < 0,019 % кількість неметалічних включень досягає максимуму на кривій, що відповідає ~ 26·10-3 %. При вмісті титану > 0,025 % − кількість неметалічних включень − > 40·10-3 %. Практична значимість. Доведено можливість використання відходів дорогих титанових та алюмінієвих сплавів для розкиснення, мікромодифікування та мікролегування низьколегованих сталей з метою зменшення кількості шкідливих неметалевих включень і підвищення якості та властивостей броблюваних осталей.

RU: Постановка проблемы. Изложены результаты исследований химического и фазового состава неметаллических включений и механизмов их образования в литой стали 23Г2А после обработки в ковше комплексной технологической добавкой ДТ1, предложенной вместо ферротитана марки ФТи68. Методика. Для решения поставленной задачи вработеприменили,кромеметаллографических исследований, метод объемного выделения, который заключается в том, что металл подвергали анодному растворению в электролите. Ионы и молекулы растворенного металла проходили сквозь поры коллоидного мешочка. Твердые частицы осадка не растворившихся неметаллических включений исследовали с помощью рентгеноструктурного фазового и химического анализов. Для этого раствор с осадком фильтровали и высушивали, отделяли от фильтровальной бумаги и исследовали на установке ДРОН−2,0 в излучении хрома и меди. Микроструктуру стали 23Г2А, а именно, особенности распределения неметаллических включений в литой стали, исследовали методами оптической микроскопии. Результаты. Установлено, что в стали, обработанной ферротитаном ФТи68, карбиды марганца Mn5C2, хрома Cr23C6, железа Fe3C образуют сложнолегированный цементит типа (Fe, Mn, Cr)3C, а в стали, обработанной добавкой ДТ1, − сложнолегированный цементит типа (Fe,Cr)3C и нитрид титана. С помощью рентгеноструктурного и петрографического методов доказано, что после обработки добавкой ДТ1 достигнуто существенное повышение качества стали по сравнению с обработкой ферротитаном ФТи68. Установлено снижение общего количества кислорода, который входил в состав оксидов. Доказано более сильное раскисляющее действие добавки ДТ1 сравнительно с ферротитаном. Научная новизна. Показано, что титан при зарождении зерен и влиянии на зеренную структуру стали действует как модификатор І рода, а при формировании структуры дендрита и неметаллических включений − какмодификатор ІІ рода. Доказано, что существует интервал значений содержания титана (0,019…0,025 %), при котором и количество неметаллических включений в стали незначительное: ~ (6…17)·10-3 %). При содержании титана < 0,019 % количество неметаллических включений достигает максимума на кривой, который отвечает ~ 26·10-3 %. При содержании титана > 0,025 % количество неметаллических включений − > 40·10-3 %. Практическая значимость. Доказана возможность использования отходов дорогих титановых и алюминиевых сплавов для раскисления, микромодифицирования и микролегирования низколегированных сталей с целью уменьшения количества вредных неметаллических включений и повышения качества и свойств обрабатываемых сталей.

EN: Formulation of the problem. The article presents the results of studies of chemical and phase composition of nonmetallic inclusions in the cast steel 23Г2A and mechanisms of their formation after treatment in the ladle complex processing aids ДT1 proposed instead ferrotitanium brand ФTи68. Method. In the work to solve this problem it was used, except metallographic studies, volume allocation method, which is subjected by the metal anodic dissolution in the electrolyte. Ions and molecules of dissolved metal were whipped through the colloid bag. Solid particles siege nonmetallic inclusions, which are not dissolved, were investigated by X-ray phase and chemical analyzes. The siege, the resulting electrochemical dissolution of steel 23Г2A, investigated by X-ray analysis to determine the phase composition of nonmetallic inclusions. For this, solution with the precipitate was filtered and dried, separated from the filter paper and examined at the facility DRON−2.0 in the emission of chromium and copper. Microstructures of the 23Г2A steel, namely, the nonmetallic inclusion distribution features in the cast steel, studied by the methods of optical microscopy. Results. It is established that in steel, treated with ferrotitanium ФTи68, carbides manganese Mn5C2, chromium Cr23C6, iron Fe3C form hard alloyed cement type (Fe, Mn, Cr)3C, and the steel treated additive DT1, hard alloyed cement type (Fe, Cr) 3C and titanium nitride. Using of the X-ray diffraction and petrographic methods has proved that after treatment with the addition ДT1 achieved a significant increase in quality compared to steel processing ferrotitanium ФTи68. It is istablished, the decrease in the total amount of oxygen that was part of the oxides. It is proved that there is stronger deoxidizing additive effect compared with ДT1 ferrotitanium. Scientific innovation. It is shown, that titanium grains at the origin and impact on the grain steel structure acts as a modifier of I-st kind, and in shaping the structure of dendrites and nonmetallic inclusions − as a modifier of the II-nd kind. It is proved that there is a range of values in titanium content (0.019…0.025 %), and where the number of non-metallic inclusion in steel is insignificant: ~ (6…17) 10-3 %). When the content of titanium < 0.019 % the number of nonmetallic inclusions peaks on the curve corresponding to ~ 26 10-3 %. When the content of titanium > 0,025 % − the number of non-metallic inclusion − > 40 × 10-3 %. The practical significance. It is proved the possibility of using the waste of expensive titanium and aluminum alloys for deoxidation, micro modification microalloying of the low alloy steels to reduce the amount of harmful non-metallic inclusions and improve the quality and properties of steels processed.