Влияние химического состава на микроструктуру, твердость и эксплуатационную стойкость изделий из чугуна доменной плавки

УДК 669.1.046

Влияние химического состава  на микроструктуру, твердость и эксплуатационную стойкость изделий из чугуна доменной плавки

, ,

Научный руководитель: к.т.н., доцент

Сибирский государственный индустриальный университет

г. Новокузнецк

На первом этапе работы оценивалось влияние ванадия на твердость шлаковых чаш, твердость определяли исходя из оценки обрабатываемости. Оценки, выполненные ранее, показали, что обрабатываемость изложниц фрезами значительно ухудшается при увеличении твердости до уровня 125-140 НВ.

Оценку твердости шлаковых чаш производят на основе данных регрессионного анализа. Оценка парного коэффициента корреляции К=0,542(20 значений) показала, что линейная зависимость влияния ванадия на твердость чугуна (рис. 1) значима.

Рис. 1 Влияние ванадия на твердость чугуна, НВ

Рис. 2 Влияние кремния на твердость чугуна, НВ

Влияние основных элементов и присадок кремния на твердость представлено на рис.2-4.

Снижение твердости чугуна при увеличении содержания кремния в нем объясняется увеличением в структуре чугуна более мягкой ферритной структурной составляющей. Кремний особенно сильно влияет на структуру чугуна, усиливая графитизацию. Характерная микроструктура чугуна шлаковых чаш представлена на рис. 9.

Рис.3 Влияние присадок кремния на твердость чугуна, НВ

Рис.4 Влияние марганца на твердость чугуна, НВ

Анализ зависимостей (рис 3-4) свидетельствует, что на твердость шлаковых чаш присадка кремния в чугун и содержание марганца в чугуне влияет незначительно.

Из анализа зависимостей можно сделать следующие выводы:

Для удовлетворительной твердости шлаковых чаш содержание ванадия после внепечной обработки азотом должно быть не выше 0,08%.

Было установлено, что для получения стабильной микроструктуры чугуна необходимо продувать расплав азотом методом резонансно – пульсирующего рафинирования (РПР) не менее 15 минут. Данная технология позволила получать стабильную микроструктуру чугуна (стабильный размер и форма графита, устранение спели). Для оценки влияния элементов на микроструктуру чугуна была проведена статистическая обработка влияния химического состава, поступающих в цех изложниц.

Рис. 5 Влияние исходного содержания ванадия на эксплуатационную стойкость шлаковых чаш. К=0,424(34 значения)

Рис. 6 Влияние исходного содержания титана на эксплуатационную стойкость шлаковых чаш. К=0,3497(34 значения)

Влияние исходного содержания титана и ванадия на эксплуатационную стойкость шлаковых чаш, как показали исследования, статистически значимо.

Было отмечено, что в процессе продувки чугуна азотом содержание титана и ванадия снижается (Рис.7-8.) из-за образования оксидов и нитридов при продувке чугуна технически чистым азотом (с примесями кислорода до 3,5%).

Уравнения регрессии по удалению титана DTi,% и ванадия ΔV,% в процессе продувки в зависимости от исходного их содержания приведены ниже:

Рис.7 Зависимость удаления ванадия от исходного его содержания в чугуне.

ΔV = 4,8942 V исх² - 0,1921 V исх + 0,0022              R² = 0,6128                     (4)

Рис.8 Зависимость удаления титана от исходного его содержания в чугуне.

Рис.9 Характерная микроструктура чугуна шлаковых чаш ×400

Выводы:

1.  На твердость изложниц определяющее влияние оказывают ванадий и кремний.

2.  Содержание ванадия и титана в доменном чугуне значительно влияет на стойкость шлаковых чаш.

3.  Содержание ванадия и титана в доменном чугуне выше 0,12 % отрицательно влияет на стойкость шлаковых чаш.

4.  Для получения оптимальной стойкости изложниц и шлаковых чаш необходимо строгое соблюдение технологической инструкции.

Проведение данной работы позволило выявить различные факторы, влияющие на твердость, на эксплуатационную стойкость, а также на микроструктуру чугуна доменной плавки. Чугуны имеют большое количество преимуществ, которые делают его ценным конструкционным материалом.