Модифицирование стали

С целью изучения влияния модификатора КСК - кальций-стронциевого карбоната  на цветные сплавы алюминиевый сплав  АК12оч обрабатывали в печи возрастающими  присадками материала. Опытные плавки проводились в печи сопротивления  в графито-шамотном тигле марки  ТГ-3. Температура в печи контролировалась платино-платинородиевой термопарой ТПП-0555ТЗ и автоматическим потенциометром гр ПП-1. Температура расплава определялась при помощи хромель-алюмелевой термопары  и автоматического потенциометра  ЭДП-120. Точность измерения температуры  составляла ±10°С. В качестве базового сплава использовался АК12пч (СИЛ-ОО) в состоянии поставки согласно ГОСТ 1583-89. Для разграничения различных  эффектов, обусловленных действием  неконтролируемых примесей, присутствующих в технических сплавах, применялись  особо чистые силумины, получаемые сплавлением алюминия марки А9 и  монокристаллического кремния марки  Кр-1.

Добавки вводились в расплав  при 750-800°С в отожженной алюминиевой  фольге с помощью кварцевого колокольчика. Во избежание угара легирующих элементов  и основных компонентов сплава на поверхность расплавленного металла  наносился защитный слой 50% NaCl-50% KCl. Для лучшего усвоения вводимых добавок  расплав выдерживался при температуре 750-800°С в течение 15 минут и периодически перемешивался. Расплав заливался  в приготовленные формы, обеспечивающие необходимые режимы охлаждения и  нужные направления теплоотвода. В  образцах определялись плотность, усадка. В процессе затвердевания проводился термоанализ образцов для оценки переохлаждения.

Плотность отливок измерялась методом  гидростатического взвешивания  и определ

 
Кроме того, КСК значительно дешевле  своих аналогов – Барий-стронциевого карбоната, и дегазирующих таблеток.

3.2 Модификатор барий стронциевый карбонат

Модификатор БСК-2 содержит барий и стронций - активные элементы, которые способны образовывать более  устойчивые соединения с серой и  фосфором, чем классические шлакообразующие, применяемые в металлургии, выводя их из металла в шлак, и также  обладающими достаточно большим  сродством к кислороду.

При охлаждении стали 20ГЛ кристаллизуется  аустенит, который при дальнейшем охлаждении распадается на феррит и  перлит.

Активные элементы модификатора должны иметь пониженную растворимость  в аустените и небольшой коэффициент  распределения между аустенитом и расплавом. При этих условиях они  в основном будут концентрироваться  по границам зерен. Во время кристаллизации содержание активных элементов в  центрах зерен будет минимальным.

Барий-Стронциевый Карбонат с повышенным содержанием бария  и стронция (БСК-2) крупной фракции (20-100 мм). Содержание активных элементов  приведен в Таблице 1.

 

 

 Таблица 1.Содержание активных элементов в БСК-2

BaO	CaO	SrO	MgO	K2O	Na2O	Fe2O3	MnO	Al2O3	TiO2	CO2
16.0	21.5	5.5	0.9	3.0	1.5	4.0	0.2	2.9	0.9	18.0

 

Модификатор содержит активные элементы: барий и стронций.

Барий и стронций в карбонатной  форме могут работать как в  металле, так и в шлаке, оказывая при этом модифицирующее, микролигирующее  и рафинирующее действие.

Барий не растворим в железе. Стронций малорастворим в железе, а та часть стронция, которая растворяется, оказывает микролигирующее действие. Барий и стронций проявляют модифицирующее воздействие как на ферритную  основу так и на большую группу неметаллических включений, сульфидов  и фосфидов.

ЩЗМ также выполняют роль десульфураторов, дефосфораторов и  в некоторой степени раскислителей. За счет модифицирования в результате измельчения зерен феррита и  перлита происходит снижение (Тпр) критической  температуры вязко-хрупкого перехода.

БСК-2 благоприятно воздействует на сульфиды, фосфиды и неметаллические включения. Он измельчает их, переводит в глобулярную  форму и частично убирает их с границы зерна, переводя их внутрь зерна. На рисунке 1 изображено глобуляризованное включение фосфидной эвтектики на границе зерна и в зерне.

 

Заключение

Благоприятное воздействие щелочноземельных металлов на металлургический процесс  и свойства металлов общеизвестно. Кальций, стронций и барий, благодаря  их химической активности, обладают большим сродством к кислороду и большинству его соединений. Их раскислительная способность уменьшается в последовательности Ca > Sr > Mg > Ba. Так как размер атомов бария и стронция значительно превосходят размеры атомов железа, следовательно твёрдые растворы Ba и Sr с железом невозможны и получение лигатур Ba и Sr на основе железа не представляется возможным.

В настоящее время основными  соединениями на основе ЩЗМ, используемыми  в металлургии являются карбиды кальция, FeSiBa, SiCa, твёрдый раствор алюминия и 7% Sr. Сырьем для получения лигатур Ba и Sr на основе кремния служат сульфидные руды с переводом их в окислы и последующим восстановлением кремнием.

Без карбонатов и окислов Ca невозможно проведение большинства  металлургических процессов. Благодаря  высокой активности Ca и сродству к кислороду, эти соединения обладают шлакообразующими, восстановительными, модифицирующими и рафинирующими свойствами. Ковшовая обработка известью чугунов и сталей, для удаления серы, широко применялась в СССР после ВОВ, но с появлением более эффективных методов необходимость в этом отпала. Влияние карбонатов Ba и Sr изучены в меньшей степени. Следует ожидать, что карбиды Ba и Sr поведут себя аналогично карбидам Са.

В СССР было проведено большое  количество опытов, по десульфурации  металла обожженной известью .Зарубежные предприятия, США, Англии, Германии и Японии, используют карбонаты стронция, при выплавке лучших сортов стали. Модификатор барий-стронциевый, при производстве сталей, был впервые опробован в 1996 году на Иркутском заводе тяжелого машиностроения.

 

 

Список литературы

1. Дриц М.Е., Зусман Л.Л. Сплавы щелочных и щелочноземельных металлов. – Справочник. – М.: 1986. – 228с.

2. Иванов В.Н. Словарь-справочник по литейному производству. – М.: Машиностроение, 1990. – 384 с. 

3. Смоляренко Д.А. Качество углеродистой стали. – М.: Металлургиздат, 1961. – 275с.

4. Модифицирование стали для отливок и слитков / В. А. Голубцов, В. В. Лунев . – Челябинск; Запорожье : Запорож. нац. техн. ун-т, 2009 . – 356с