Марки и химический состав модификаторов приведены в таблице 1

В ОАО «Самарский сталелитейный завод» провели промышленные испытания модификаторов НПП «Технология» при внепечном модифицировании углеродистых, низколегированных, марганцовистых и коррозионностойких сталей.

Марки и химический состав модификаторов приведены в таблице 1.
Таблица 1

Марка модификатора	Si	Ca	РЗМ	Al	Mg	Ti	Ba	Fe
FeSiCa12-77Ti3Mg	42,0	11,5	7,0	7,2	2,2	3,0	-	27,1
FeSiCa12-77Ba3Mg	42,1	12,7	8,6	7,0	2,3	-	3,8	23,5

Фракция модификатора с титаном – 1…20 мм, с барием – 1…10 мм.

Испытания модификаторов проводили на промышленных плавках с дуговой сталеплавильной печи ДСП-1,5 по 7 – 10 плавок каждой марки стали. Технологию плавки стали не меняли. Модифицирование проводили в ковше и форме.

Д
ля исследования технологии модифицирования и влияния модификаторов на качество стальных отливок была специально изготовлена деревянная модель отливки–представителя (рисунки 1, 2).
Размеры моделей в плане: массивной части 160×160 мм, второй части - 140×60 мм, высота – 120 мм; размер прибыли в плане 200×100 мм, высота – 300 мм. Масса отливки составляла 32 кг (24 кг + 8 кг), масса прибыли – 47 кг; общая масса отливки вместе с прибылью – 79 кг.

По принятой на заводе технологии готовили форму ручной формовкой для заливки 3-х отливок-представителей. Заливку подготовленной формы проводили в следующей последовательности: 1-я отливка – серийная заливка, 2-я – с модифицированием в форме, 3-я – с модифицированием в ковше. Количество вводимого модификатора при модифицировании в форме брали из расчета 1,5 кг/т (1,5г/кг), при модифицировании в ковше – 2,0 кг/т (2,0 г/кг).

При модифицировании в форме модификатор подавали на струю металла с помощью металлического желоба длиной 1,5 м путем его наклона к прибыли и периодического встряхивания. Модификатор перед подачей равномерно распределяли по желобу на длину 150…200 мм от его рабочего конца. Подачу модификатора прекращали за 4…8 секунд до окончания заливки.

При модифицировании в ковше модификатор (его количество определяли на каждой плавке, исходя из количества оставшегося металла в ковше) вводили в металл в упакованном виде (лист жести) на металлическом прутке путем помешивания.

Варианты модифицирования представлены в таблице 3.
Таблица 3

Марка стали	Модифицирование в ковше	Модифицирование в форме
35 Л	FeSiCa12-77Ti3Mg	FeSiCa12-77Ti3Mg
40ХНЛ	FeSiCa12-77Ti3Mg	FeSiCa12-77Ti3Mg
32ХН2МЛ	FeSiCa12-77Ba3Mg	-
110Г13Л	FeSiCa12-77Ba3Mg	FeSiCa12-77Ti3Mg
12Х18Н9ТЛ	FeSiCa12-77Ba3Mg	-
12Х18Н12М3ТЛ	FeSiCa12-77Ba3Mg	FeSiCa12-77Ba3Mg

Анализ химического состава стали из отливок показывает, что при модифицировании он не меняется, в том числе по вредным примесям, сере и фосфору.

Отличия в микроструктуре модифицированного и немодифицированного металла не отмечены (рисунки 3, 4), однако, на отдельных образцах модифицированного металла наблюдается измельчение зерен феррита и меньшее количество ферритной фазы.

Результаты исследования механических свойств отливок (средние значения по 7…10 плавкам каждой марки стали) приведены в таблице 4 и на рисунках. 5 – 10.

Р и с. 5

Анализ полученных данных показывает, что независимо от выбранного способа ввода модификатора и его марки, механические свойства отливок из углеродистых и низколегированных сталей в сравнении с нормами ГОСТ 977-88 возросли в среднем на 40…80% (при модифицировании FeSiCa12-77Ti3Mg) и на 20…25% (при модифицировании FeSiCa12-77Ba3Mg). На марганцовистой стали отмечено значительное увеличение ударной вязкости KCU при модифицировании в ковше FeSiCa12-77Ba3Mg – в 4 раза, при модифицировании в форме FeSiCa12-77Ti3Mg – в 2 раза. На коррозионностойких сталях модифицирование проводили FeSiCa12-77Ba3Mg, и показатели механических свойств отливок превышают нормы ГОСТ 977-88 в среднем на 30 – 70%. Механические свойства модифицированного металла независимо от марки стали в сравнении с теми же показателями металла серийной заливки несколько выравниваются, но остаются более высокими в среднем на 20…30% за исключением относительного удлинения δ на стали 35Л, относительного сужения ψ при модифицировании в форме стали 40ХНЛ (в обоих случаях использовали модификатор FeSiCa12-77Ti3Mg), и ударной вязкости KCU на стали 12Х18Н12М3ТЛ при модифицировании в форме FeSiCa12-77Ba3Mg, которые ниже в среднем на 25%. Отмечено незначительное понижение твердости НВ на стали 110Г13Л (обработка обоими модификаторами) в среднем на 10%.

Анализ микроструктуры марганцовистой стали показал, что балл по микроструктуре при модифицировании снижается на 1…2 единицы; коррозионностойкие стали не подвержены межкристаллитной коррозии.

Вторым этапом данной работы явилось исследование влияния модифицирования на качество серийно выпускаемых стальных отливок. Учитывая, что модифицирование стали в ковше является более технологичным и легко выполнимым процессом, чем модифицирование в форме, сталь для промышленных отливок модифицировали в ковше путем присадок модификатора FeSiCa12-77Ti3Mg на струю металла в 3…4 приема после наполнения ковша на 1/4 …1/3 его высоты. При этом расход модификатора увеличивали до 2,2…2,3 кг/т.

Следует отметить, что модифицирование в ковше является более предпочтительным, так как обработке подвергается весь объем расплава, при этом скорость расплавления и равномерность распределения модификатора в объеме жидкой стали повышаются.

Модифицированию подвергали сталь марок 35Л и 45Л, занимающих больший объем в номенклатуре изготавливаемых отливок. При этом исследовали механические свойства отливок на клиновидных образцах (для сравнения провели статистический анализ серийных плавок за 3 месяца того же периода и экономическую эффективность процесса модифицирования).

Результаты исследования механических свойств отливок (средние значения по 7 плавкам каждой марки стали) приведены в таблице 5 и на рисунках 11 – 15.
Таблица 5

Марка стали	Обработка	σв, МПа	σт, МПа	δ, %	KCU, кДж/м2
35Л	Нормы ГОСТ 977-88, не менее	491	275	15	343
	Серийная заливка	643	395	19,8	410
	Модифицирование в ковше	687	420	22,2	496
45Л	Нормы ГОСТ 977-88, не менее	540	314	12	294
	Серийная заливка	677	340	16,7	340
	Модифицирование в ковше	749	372	20,4	375

Анализ полученных данных показывает, что модифицирование стали в ковше приводит к повышению в сравнении с нормами ГОСТ 977-88 предела прочности при растяжении σ_в на 39…40%, предела текучести σ_т – на 53% (сталь 35Л) и на 18% (сталь 45Л), относительного удлинения δ – на 48% и 70% (стали 35Л и 45Л), ударной вязкости KCU – на 45% и 27% соответственно. В сравнении с серийными плавками механические свойства модифицированного FeSiCa12-77Ti3Mg металла выше в среднем на 6…11% (σ_в, σ_т) и на 10…22% (δ, KCU). Достаточно высокое превышение значений механических свойств модифицированной стали над нормами ГОСТ 977-88 и улучшение их показателей в сравнении с серийным металлом позволяют сделать вывод о повышении эксплуатационной стойкости отливок из модифицированной стали.

Анализ калькуляций себестоимости отливок из немодифицированной и модифицированной стали показывает, что использование модификаторов приводит к увеличению прямых затрат на 0,2…0,3%, что мало влияет на себестоимость отливок.

Общие выводы.

1. На ОАО «Самарский сталелитейный завод» проведены промышленные испытания модификаторов НПП «Технология» при внепечном модифицировании углеродистых, низколегированных, марганцовистых и коррозионностойких сталей.

2. Модифицирование проводили в ковше и форме с расходом модификаторов соответственно 2,0 кг/т и 1,5 кг/т.

3. Исследовали влияние модифицирования на химический состав стали, микроструктуру, склонность к межкристаллитной коррозии (коррозионностойкие стали) и механические свойства отливок.

4. Установлено, что модифицирование не влияет на химический состав стали, в том числе на содержание вредных примесей серы и фосфора.

5. Установлено, что при модифицировании наблюдается измельчение зерен феррита и уменьшение количества ферритной фазы. На марганцовистой стали балл по микроструктуре снижается на 1…2 единицы. Коррозионностойкие стали не подвержены межкристаллитной коррозии.