Раздел 2
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ
В настоящем разделе приведены материалы и методики исследований, использованные
при выполнении диссертационной работы. Методики определения количественного
содержания структурных составляющих и фазового состава неметаллических
включений кремниймарганцовистых сталей 16ГС, 17ГС и 17Г1С, а также компьютерной
обработки статистических и экспериментальных данных приведены в соответствующих
разделах.
2.1. Материалы и условия выплавки исходных и модифицированных сталей
В соответствии с целью и задачами настоящей работы материалом исследования
являлись низколегированные кремниймарганцовистые строительные стали 17Г1С, 17ГС
и 16ГС, применяемые для газо- и нефтепроводов, строительных ферм, а также
крупногабаритных кованых заготовок судостроения.
Опытно-промышленные партии плавок, на которых проведены исследования и
испытания, были выплавлены в литейном цехе ГП ПО "Южный машиностроительный
завод им. А.А. Макарова". Статистическая обработка данных механических
испытаний и оптимизация составов в кремниймарганцовистых сталей проведена на 42
мартеновских плавках ОАО "Днепротяжмаш" (по 30 т каждая), 103 мартеновских
плавках ЗАО "Новокраматорский машиностроительный завод" и 54 конвертерных
плавках (по 350 т каждая) МК "Азовсталь".
Опытные и опытно-промышленные плавки исходных и модифицированных сталей
выплавляли в индукционной печи сопротивления ИСТ-0,15 емкостью тигля 150 кг.
Параметры плавки: мощность W = 320 кВт от тиристорного преобразователя, сила
тока I = 320000А, напряжение U =1000 В, частота f = 2,4 кГц.
Для модифицирования расплавов применяли комплексный модификатор в виде
прессованных брикетов диаметром 0,07…0,18 м и высотой 0,07 м [130].
Брикетированный комплексный модификатор состоит из промышленных отходов
(стружки) титановых сплавов, алюминиевых сплавов, извести и стальной стружки.
Модификаторы в виде цилиндрических брикетов вводили в количестве 0,1; 0,3; 0,4;
0,5% от массы расплава после расплавления шихты с механическим перемешиванием.
Выдержка расплава после модифицирования составляла от 1до 3 мин. в зависимости
от количества вводимого модификатора. Температура разливки составляла 1660°С.
Температуру контролировали W-Mo-термопарой погружения с точностью ± 10°С. По
ходу плавки отбирали технологические пробы для определения химического состава
спектральным методом. Конечный состав исходных и модифицированных сталей 16ГС,
17ГС и 17Г1С определяли методом химического анализа согласно ГОСТ 28473-90
[108]. Химический состав исследованных сталей 16ГС, 17ГС и 17Г1С приведен в
табл.2.1.
Из исходных и модифицированных сталей марок 16ГС, 17ГС и 17Г1С получали отливки
массой 40 кг, которые затем ковали на прутки размером 0,05х0,05х1,2 м.
Металлографический и фазовый анализ, определение механических свойств при
комнатной и низких температурах, оценку коррозионной стойкости проводили на
образцах, вырезанных из клиновидных проб (рис. 2.1), отобранных в процессе
плавок.
Рис. 2.1. Клиновидные пробы для исследований
Таблица 2.1
Химический состав исследованных кремниймарганцовистых сталей
Марка
стали
Состояние
стали
Содержание элементов, % мас.
Si
Mn
Cr
Ni
Cu
Ti
Al
16ГС
Исходная
ГОСТ 19281-89
0,12…
0,18
0,40…
0,70
0,90…
1,20
Ј 0,30
Ј 0,30
Ј 0,30
Ј 0,040
Ј 0,035
Ј 0,008
Модифициро
ванная
0,14…
0,16
0,40…
0,44
0,95…
1,12
0,25…
0,29
0,25…
0,30
0,15…
0,23
0,028…
0,030
0,028…
0,033
0,035…
0,086
0,025…
0,067
0,008
0,005…
0,006
17ГС
Исходная
ГОСТ 19281-89
0,16…
0,18
0,42…
0,48
1,05…
1,20
0,23…
0,26
0,26…
0,29
0,21…
0,26
0,034…
0,037
0,031…
0,034
Ј 0,008
Модифициро
ванная
0,16…
0,18
0,43…
0,49
1,08…
1,26
0,25…
0,27
0,24…
0,30
0,23…
0,28
0,028…
0,033
0,032…
0,033
0,060…
0,123
0,021…
0,072
0,010
0,005…
0,007
17Г1С
Исходная
ГОСТ 8479-70,
ГОСТ 19281-89
0,17…
0,19
0,40…
0,47
1,28…
1,60
0,21…
0,25
0,16…
0,20
0,15…
0,17
0,032…
0,035
0,030…
0,035
Ј 0,008
Модифициро
ванная
ТИ102.25103.00343
0,17…
0,19
0,43…
0,56
1,23…
1,56
0,18…
0,23
0,15…
0,25
0,13…
0,18
0,030…
0,031
0,024…
0,028
0,042…
0,133
0,035…
0,085
0,012
0,005…
0,007
Полученные заготовки перед ковкой нагревали в газовой камерной печи.
Температуру контролировали W-Mo-термопарой погружения с точностью ± 10°С,
температура нагрева под ковку составляла 1150°С, время выдержки 35 мин.
Ковку проводили на прессе свободной ковки EARIE при усилии в 1000 т в 4 прохода
с поворотом заготовки на 90° и промежуточным подогревом в печи до 1150°С.
Температура конца ковки составляла 750°С с последующим охлаждением заготовок на
воздухе.
После пескоструйной очистки полученные прутки согласно разработанной
технологической инструкции ТИ 102.25103.00343 (Приложение Б) подвергали
нормализации при 880…900°С в камерной печи САН с контролем W-Mo-термо-парой с
точностью ± 5°С. Металлографический анализ и механические испытания проводили
на образцах, вырезанных из термически обработанных прутков.
2.2. Определение химического состава, газовый и металлографический анализ
Содержание элементов в исследуемых сталях определяли методом химического
анализа по ГОСТ 28473-90, экспресс-анализ промышленных плавок проводили на
квантометре "Поливак Е-600". Содержание кислорода и азота определяли на
газоанализаторе ТС-436 фирмы LECO методом восстановительного плавления,
содержание водорода – на газоанализаторе РН-402.
Макроструктуру шлифов выявляли химическим травлением в реактиве:
1 ч. HCl + 1 ч. HNO3 + 1 ч. NH4Cl + 1 ч. Н2О. Оценку аустенитного зерна,
размеры структурных составляющих и неметаллическ