автореферат диссертации по металлургии, 05.16.02, диссертация на тему:Исследование и разработка технологических мероприятий, обеспечивающих повышение качества нижней части слитков для ответственных изделий тяжелого машиностроения

На правах рукописи

Посламовская Юлия Александровна

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МЕРОПРИЯТИЙ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИХ ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА НИЖНЕЙ ЧАСТИ СЛИКОВ ДЛЯ ОТВЕТСТВЕННЫХ ИЗДЕЛИЙ ТЯЖЕЛОГО МАШИНОСТРОЕНИЯ

Специальность 05 16 02 «Металлургия черных, цветных и редких металлов»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технически

ииз 1БЭ234

Волгоград - 2008

003169234

Работа выполнена на кафедре Технологии материалов Волгоградского государственного технического университета

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор

ЖУЛЬЕВ Сергей Иванович

Официальные оппоненты

доктор технических наук Паршин Валерий Михайлович кандидат технических наук, доцент Ивлев Сергей Алексеевич

Ведущее предприятие

ЗАО «Волгоградский Металлургический Завод «Красный октябрь»

Защита состоится " 5 " июня 2008 г в 15°° часов на заседании диссертационного совета Д 217 035 02 в Федеральном государственном унитарном предприятии «Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии им И П Бардина» по адресу 105005, Москва, 2-я Бауманская ул , д 9/23

С диссертацией можно ознакомиться на сайте www chermet net и в научно-технической библиотеке ФГУП «ЦНИИчермет им И П Бардина»

Автореферат разослан "20" <Х И-А 2008г

Ученый секретарь диссертационного совета Д 217 035 02 , ктн

Т П Москвина

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы Развитие отечественного машиностроения ставит задачу повышения качества крупногабаритных изделий ответственного назначения, которые находят широкое применение в энергетической, химической отраслях промышленности, а также в судо- и машиностроении Для изготовления крупных поковок необходимы кузнечные слитки массой от 10 до 200 т

Получение высококачественных тяжелых слитков осложнено большими трудностями экспериментального исследования закономерностей процесса кристаллизации металла и ограниченностью публикаций, освещающих результаты исследования крупных стальных слитков

Высокое качество поковок обуславливается отсутствием металлургических дефектов, равномерностью физико-механических свойств, высоким выходом годного и может быть достигнуто только при условии достаточного качества исходного слитка Затвердевание крупных объемов металла сопровождается значительным развитием структурной и химической неоднородностей, внутренними и поверхностными дефектами, скоплениями вредных примесей и неметаллических включений Причем с увеличением массы кованых деталей, обусловленным постоянным увеличением мощностей агрегатов и, соответственно, слитков для их производства, усиливается неоднородность металла и его лораженность различного рода дефектами

Практика производства заготовок из кузнечных слитков свидетельствует о том, что одним из дефектов, как правило, приводящим к отбраковке готового изделия на стадии сдаточного контроля, являются неметаллические включения в нижней части поковки Отдельные крупные включения или скопления более мелких включений выявляются методом ультразвуковой дефектоскопии и видны невооруженным глазом на дисках металла, отобранных для макроконтроля по месту дефекта Различия в структуре кристаллической решетки и свойствах включений и основного металла становятся причиной образования несплошностей и трещин в теле поковки, что приводит к образованию шиферного или древовидного изломов и отбраковке изделия

Совершенствование технологии производства стальных слитков с целью повышения их качества должно проводиться на основе современных представлений о механизме процесса затвердевания стали и формирования слитка В связи с этим актуально комплексное углубленное исследование дендритного строения и дефектов кристаллической структуры кузнечных слитков, а также поиск новых эффективных путей улучшения качества металла, прежде всего, за счет повышения его чистоты

Диссертационная работа выполнена в рамках проекта Министерства промышленности, науки и технологии 6/354-03 «Разработка технологии производства металлургических заготовок повышенной однородности для изделий тяжелого машиностроения» (2003 г) по распоряжению №3 900/41-68 от 26 марта 2003 года, а также при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований проект № 07-08-0051 от 02 апреля 2007 года «Изучение фундаментальных закономерностей формирования дефектов при кристаллизации сверхкрупных металлических тел» (2007 г.)

Цель работы Повышение качества слитков для ответственных изделий тяжелого машиностроения на основе изучения особенностей кристаллической структуры конуса осахедения и разработки новых технологических мероприятий по сокращению дефектов нижней части кузнечных слитков

В соответствии с поставленной целью были решены следующие задачи — Изучено кристаллическое строение и определен химический состав дефектной области и прилегающих объемов металла поковок конструкционных марок стали [

V

— Исследованы морфология, природа и характер расположение неметаллических включений в дефектной зоне металла поковок

— Проведен анализ структурных и ликвационных зон нижней части стальных слитков различной массы, геометрии и технологических параметров разливки

— Проведены детальные исследования, направленные на уточнение механизма формирования конуса осаждения в нижней части стальных слитков и прилегающих к нему объемов металла

— Установлены причины образования дефектов в теле поковки, выявляемых методом ультразвуковой дефектоскопии, и предложен способ их устранения

Методы исследований Экспериментал ьная часть работы выполнена с применением методов оптической и растровой микроскопии OLYMPUS 61, NEOPHOT NU2/E, МИН-4, МНО-2, твердомера ЗИП ТШ-2М, стандартной методики определения плотности дендритной структуры, а также разработанных новых оригинальных методик моделирования процесса кристаллизации слитка с использованием компьютерных программ Исследование химической неоднородности проводилось на фотоэлектрической установке ARL 3460 Metals Analyzer Природа и строение дефектов изучались на образцах, отобранных с поковок, не прошедших ультразвуковой контроль

Научная новизна

1 Установлено зонное строение конуса осаждения, обусловленное различными условиями затвердевания свободно растущих изолированных кристаллов в нижней части стальных слитков независимо от их массы, геометрии и способов разливки

2 Определено существование переходной зоны в донной части стальных слитков, наличие которой свидетельствует о реализации как последовательного, так и объемного механизмов кристаллизации в процессе их затвердевания

3 Выявлено наличие единичных крупных кристаллов в объеме мелкокристаллической области конуса осаждения, параметры которых идентичны равноосным кристаллам бокового фронта затвердевания вышележащих горизонтов слитка

4 Показана возможность оптимального расположения зон дугообразных трещин и внеосевой ликвации посредством регулирования доли объемной кристаллизации

Основные положения, выносимые на защиту

— результаты исследования и сравнительный анализ кристаллической структуры и ликвационной неоднородности нижней части стальных слитков различной массы, геометрии и способов разливки,

— результаты моделирования влияния геометрических и технологических параметров стальных слитков на структурную неоднородность и размеры конуса осаждения литых заготовок,

— результаты металлографического исследования характера и природы дефектов, выявляемых методом УЗК в нижней части поковки

Практическая ценность В результате исследования кристаллического строения и уточнения механизма структурообразования стального слитка установлены характер и природа дефектов, выявляемых ультразвуковым контролем в теле поковки - это металлические настыли, образующиеся на торцевой части направляющей трубы при разливке металла, которые, попадая в кристаллизующийся расплав, переносятся в донную часть слитка Разработаны мероприятия, направленные на устранение данного типа дефекта, за счет использования противопригарных, огнеупорных покрытий, понижающих смачиваемость и повышающих стойкость огнеупорных колец направляющих труб и разливочных стаканов Усовершенствование процесса разливки позволило исключить появление макродефекта «светлая корочка» в нижней части слитка

Внедрение усовершенствованной технологии отливки стальных слитков с использованием огнеупорной алюмохромофасфатной обмазки на ФГУП ПО «Баррикады» (г Волгоград) дало экономический эффект 970,2 тыс руб за счет устранения брака, вызванного появлением дефектов с первого конца поковки

Апробация работы Материалы диссертационной работы докладывались на 6 международных конференциях (Магнитогорск 2005г, 2007г, Самара 2005г, Казань 2006г, Новосибирск 2006г, Нижний Новгород 2006г), а также на ежегодных научно-технических конференциях ВолгГТУ (2004-2007 гг)

Публикации По теме диссертации опубликовано 20 печатных работ, в том числе 2 статьи в центральных рецензируемых журналах

Структура и объем диссертации Диссертация состоит из введения, 5 глав, общих выводов, списка литературных источников и приложения, содержит 170 страниц машинописного текста, 108 рисунков, 21 таблица, список литературы из 123 наименований

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении кратко раскрыты сущность и актуальность рассматриваемых научно-технических проблем Изложены структура работы, научная новизна и практическая ценность полученных результатов

В первой главе рассмотрены существующие теории процесса кристаллизации стального слитка, описаны основные закономерности формирования кристаллической структуры, дефектов усадочного и ликвационного происхождения литого металла Кроме того, проведен анализ причин повышенной загрязненности нижней половины слитка грубыми шлаковыми и неметаллическими включениями, скопления которых приводят к отбраковке готовых изделий по результатам ультразвуковой дефектоскопии

Несмотря на большое количество исследований, как в отечественной, так и в зарубежной литературе, до сих пор отсутствует единство взглядов по основным вопросам кристаллизации слитка В настоящее время существуют две гипотезы, объясняющие образование кристаллических зон в стальном слитке Одни исследователи (Диккенсон И X , Иванцов Г П , Штейнберг С С , Скобло С Я , Тамман Г , Ефи-мовВА, Малиночка Я Н) исходят из положения, что затвердевание слитка происходит как путем роста кристаллов от охлаждаемой поверхности, так и путем образования отдельных изолированных кристаллов, перемещение которых в объеме жидкой стали налагает серьезный отпечаток на всю картину макростроения слитка Сторонники другой точки зрения (Гуляев Б Б , Ойкс Г Н , Сокольская Л И , Тагеев В М , Гудцов Н Т) либо вообще отрицают возможность образования изолированных кристаллов при затвердевании слитка, либо, допуская принципиальную возможность такого процесса, отрицают его существенное влияние на строение слитка Ключевым вопросом каждой из гипотез об образовании кристаллических зон является объяснение механизма формирования конуса осаждения

Строение нижней части стальных слитков характеризуется рядом особенностей

— донная часть слитков образована мелкими равноосными кристаллитами, скопление которых имеет форму конуса,

— нижний конус слитков отличается пониженным количеством примесей по сравнению с исходным содержанием в расплаве, причем тем в большей степени, чем крупнее слиток,

— в области конуса осаждения стального слитка расположены скопления крупных неметаллических включений

Анализ литературных данных показывает, что согласно теории последовательной кристаллизации мелкокристаллическая структура нижнего конуса определяется

высокой теплоаккумулирующей способностью массивного поддона Однако в работах не приводятся аргументированные экспериментальные исследования, позволяющие объяснить все особенности строения конуса осаждения

Особенности в строении нижней части слитков в полной мере раскрывает теория объемной кристаллизации В силу способности металла к переохлаждению, образование изолированных кристаллов в объеме жидкого расплава термодинамически возможно Однако до сих пор нет систематизированных исследований, подтверждающих осадочный механизм формирования нижнего конуса

Выявление закономерностей затвердевания жидкого металла в изложнице позволяет определить возможности управления кристаллической структурой стального слитка и способствует установлению характера и природы дефектов, формирующихся в процессе его кристаллизации Результаты многократных исследований показывают, что более 90% дефектов, выявляемых при штатном контроле заготовок, имеют металлургическое происхождение и зависят от качества металла исходного слитка - это рыхлости, несплошности, химическая неоднородность, повышенная загрязненность неметаллическими включениями

Для установления причин появления таких дефектов, как светлые пятна, скопления шлаковых и неметаллических включений в конусе осаждения, необходимо комплексное углубленное исследование его кристаллической структуры Разработка мероприятий, направленных на устранение дефектов макроструктуры нижней части стального слитка, будет способствовать более полному переходу слитка в поковку и сокращению донной обрези

Во второй главе приведены сведения о материале исследования и схемы отливки изученных стальных слитков массой от 1,7 до 24,2 т с различным отношением высоты к среднему диаметру (H/D от 1,9 до 4,59) Слитки массой менее 7 т разливались на воздухе в разливочной канаве с использованием промежуточной воронки, обеспечивающей постоянную скорость поступления металла в изложницу и центрирование струи Крупные слитки отливались через промежуточный ковш в вакуумной камере по различным технологиям с инокулюцией струи, с доливкой прибыли и обычной технологии Для образования инокуляторов в струе металла непосредственно в процессе разливки использовали огнеупорную трубу со специальными насечками Доливку прибыльной части слитка осуществляли спустя 62 минуты после заливки его тела Процесс выплавки доливаемого металла был аналогичен основному В целях минимизации количества литейной оснастки увеличение параметра H/D добивались соосной установкой стандартных изложниц

Описана методика исследования химической неоднородности и предложена методика исследования макроструктуры металла слитков с применением современной компьютерной техники По совокупности параметров (количеству кристаллов и их объемной доле, длине и углу наклона к горизонтали наибольших осей дендригов) определялись границы структурных зон

Описана математическая модель Crystal, использованная для моделирования процессов затвердевания слитков Опираясь на результаты металлографических исследований, программа осуществляет построение многоцветных плоских графических полей температурного, плотностного и структурных зон слитков Эти графики могут быть получены для любого момента времени, начиная от начала кристаллизации и заканчивая полным затвердеванием

Описана методика металлографического исследования металла, вырезанного по месту дефекта, выявленного методом УЗК Изучалась форма, цвет, прозрачность, степень анизотропии и расположение включений в дефектной области и здоровом металле Включения и микроструктуру исследовали под микроскопом NEOPHOT NU2/E и МИМ-8 и фотографировали с использованием OLYMPUS ВХ21 Состав сложных гетерогенных включений идентифицировали методом петрографичекого

анализа на поляризационном микроскопе МИН-4

Приведена методика определения краевого угла смачивания жидкого расплава и огнеупорных футеровок с покрытием АХФС с использованием высокотемпературного микроскопа МНО-2

В третьей главе представлены результаты исследования кристаллического строения и химической неоднородности нижней части стальных слитков различной массы (от 1,7 до 24,2 т), геометрии (Н/0—1,9 - 4,59) и технологических параметров разливки

Структурные зоны стальных слитков представлены на рисунке 1 Показано, что при прочих равных условиях в слитках, отлитых в изложницы с разным отношением высоты к диаметру, но с одинаковыми параметрами и геометрией их донной части (рис 1 а, табл 1), мелкокристаллическая область конуса осаждения имеет различную протяженность

Таблица 1 Влияние геометрических параметров слитка и способа разливки на величину конуса осаждения ___

Тип слитка Марка стали ГПсл/ГПкон Т На/ □сл Конусность, % Параметры конуса осаждения

Высота мм/% Диаметр мм/% Площадь % Объем %

Обычный бесприбыльный < см X см X со со 1А 0,039 1,99 6,1 256 20 249 57,9 9,2 2,75

Уширенный к низу бесприбыльный 1Л 0,087 1,99 -6,1 292 23 330 77 11,5 5,7

Слиток с холодильником 1,53 0,035 1,99 6,1 210 16,4 234 54,4 5,7 2,2

Сдвоенный слиток 2,99 0,085 3,98 ±6,1 530 22,5 256 59,5 9,2 3,08

Сдвоенный бесприбыльный 2А 0,039 3,98 ±6,1 327 14,5 247 57,4 7,1 1,83

Ступенчатый слиток Ст 25 4,07 0,036 4,59 -5,7 230 8,6 276 64,1 3,8 0,9

Обычный слиток Ст 20 6,57 0,148 2,94 3,7 570 23,6 325 59 12,4 2,7

Уширенный к низу бесприбыльный СТ 20 5,9 0,233 2,61 -3,7 470 20,3 484 70,4 15,8 5,1

Обычный слиток < 0 со X X со со 24,2 1,402 2,05 4,0 640 22,3 889 81,5 12,7 5,55

Слиток с вогнутой донной частью 22,5 1,521 2,05 4,01 635 22,1 882 83,2 14,6 5,97

Инокулированный слиток 24,2 1,716 2,05 4,01 800 28 894 74,5 16,8 7,57

Слиток с доливкой прибыли 23,52 2,744 2,05 4,01 1000 35 882 84 19,5 10,8

£ гвоо

Z

¿600

к

X им

X ¡гоо-

<;

и soon

III ш

S X 1600

h 1400

0

¡гоо

и

£ 1000

£

К еоо-

0

ь 600-

и

и

га 40С

0.

гт-

о-

гоо 4оо о гоо 400 о гоо *со

ОБЬМНЬЙ УШИРЕНИЫН К НКЗУ

СЛКГОК 1.4 т ОТТОК 1«Т

о гоо 400 о гоо 4оо о гоо 4х о гоо too боо о гоо 400600

Расстояние от края слитка, ми

соменньй сдвосиньй сдвоеннь« слиток оеычный слиток уширенный к нкя

ХОЛОДИЛЬНИКОМ СЛИТОК г»т МСПРИБЫЛЬНЬЙ СМЕНЬШСЙНИМКЙ «7Т БЕСПРИвЫЛЬНЬЙ

СЛИТОК Мт 4ACTU04firr СЛИТОК Ят

1 - корковая зона, 2-зона столбчатых кристаллов, 3- переходная зона, 4 - конус осаждения,5- зона различно ориентированных кристаллов, - зона осевой рыхлости,7-усадочная раковина,б-вторичная усадочная раковина

а

XX-

3400-

згоо-

I

X 3000-

ii моо-

к

и еш-

X

С г«о-

и

га ееоо-

п X ООО-

X ¡еоо-

о 1600-

W 1400-

X

X ¡гоо-

R

О К мм-

и и еоо■

Щ О. too

4«t

200-

t

О еоо 400 600 800 ¡000

Ркстаяим от орм слитка ни

ОБЫЧНЫЙ слиток

о гоо 400 600 еоо мое

Рхсгмии* вт кран сютка т СЛИТОК С ВОГНУТОЙ ООННОЙ ЧАСТЬЮ 22 5 г

о еоо 400 600600 ш

Расстояние «т крм епклш ьм

1 - корковая зона, 2 - зона столбчатых кристаллов, 3 - переходная зона, 4 - конус осаждения, 5 - зона мелких различно ориентированных кристаллов, 6-зона дугообразных трещин, 7- зона осевой рыхлости, 8 - зона крупных различно ориентированных кристаллов,9 - усадочная раковина

6

Рисунок 1 Структурные зоны слитков различной массы, геометрии и способов разливки

Изменение кристаллического строения нижней части слитков свидетельствует о влиянии ряда факторов отношения высоты к диаметру (H/D), массы и конусности слитка, наличия утепляющей прибыльной надставки или надставки-холодильника, способа разливки и тд - на процесс затвердевания металла Выявленная зависимость дает возможность предположить, что формирование конуса осаждения обусловлено процессами объемного зарождения и роста кристаллов вдоль фронта затвердевания и не определяется теплоаккумулирующей способностью массивного поддона

Величина конуса осаждения в крупных слитках, отлитых с инокулированием струи и доливкой прибыли, достигает 800 и 1000 мм соответственно, по сравнению с обычным слитком - 630 мм (рис 1 б, табл 1) Образование протяженной мелкокристаллической области обусловлено ростом числа затравок от инокуляторов, зеркала металла и обломков ранее закристаллизовавшихся дендритов и подтверждает тот факт, что изолированные кристаллы, зарождающиеся в объеме расплава перед фронтом кристаллизации и внесенные струей металла, жизнеспособны и могут продолжать развиваться, оседая на нижние горизонты слитка

Установлено, что в нижней части стального слитка, независимо от массы, геометрии и способов разливки, ликвация принимает отрицательное значение Зона отрицательной ликвации распространяется на высоту 1/3 от высоты тела слитка и выше этой области переходит в положительную (рис 2)

3400*

згоо-зооо-

г

* гаоо-

i 2600-х

5 £4006 ггоо-

6

® гооо-

Е

о 1800-о

= 1600 -

о 2400 -иэ

о 1200 -л

5 юоо ■

а

8006004002000

ах-«

ат 31

иг-30

оз,

1X2*8

О U ас—? ош^озч

„о ас-0

i? о

Ц он

а

Гл3, СИс-0 ^-0 34

0 31 ас-0

и

039 (Хс=+_? f—03S 036 0!7

0 U 0 31

0 13 \ ас

(HjJ

a<.-+22 U1.-I8 ins

036 036, ac~-3

«) 034 (Xc—8

_ac-^s

032 Cti-tS лГ040 01S

az-2i)

Гоз

—7 "HJ щ(,

ОЗбо.сЧ-10 ---^0 32

034

ou—8

У&озз

\_Ctc=-,

7Jfr-0 2S Qx--~6

\ N>27 \_Ctc

ОБЫЧНЫЙ СЛИТОК С СДВОЕННЫЙ СДВОЕННЫЙ СДВОЕННЫЙ СЛИТОК ОБЫЧНЫЙ СЛИТОК СЛИТОК С ВОГНУТОЙ

БЕСПРИБЫЛЬНЫЙ ХОЛОДИЛЬНИКОМ СЛИТОК2,99т БЕСПРИБЫЛЬНЫЙ С МЕНЬШЕЙ НИЖНЕЙ 24,2т ДОННОЙ ЧАСТЬЮ 22 5т

СЛИТОК 14т 1,53, СЛИТОК 2 6т ЧАСТЬЮ407т

Рисунок 2 Распределение углерода по высоте и сечению слитков разной массы, геометрии и способов разливки

С увеличением массы слитка усиливается развитие ликвационных процессов, поэтому подробное изучение химической неоднородности в области конуса проводили на крупных кузнечных слитках стали марки 38ХНЭМФА обычной геометрии и с вогнутой донной частью, отлитых по традиционной технологии, а также слитка с инокуляцией струи и доливкой прибыли Сравнение границ структурных зон исследуемых слитков с распределением ликватов выявило, что зона отрицательной ликвации соответствует области конуса осаждения

Анализ химической неоднородности показал общую закономерность в распределении легкоплавких элементов в области конуса осаждения В нижних горизонтах конуса степень ликвации С, б, Р достигает максимально отрицательных значений При переходе к вершине конуса степень химической неоднородности снижается и для ряда слитков степень ликвации принимает положительное значение (рис 3, табл 2)

1200"

г 1050"

г

га 900 "

*

5 750 " 0 38

5

га 600 - 0 38

н 450 " 0 37

га н 300 - 037

о и 037

3 150 -

со

0

Ю013 ООП

1014 0 010 О 015 0 009

015

009

ОБЫЧНЫЙ слиток 24,2 т

слиток с вогнутой донной частью 22,5 т

1200"

г 1050"

Е

га 900 "

X

н

750 "

5

га 600 -

с;

» н 450 "

га

(- 300 -

о

и

3 150 -

ш

0 -

0 35

0 34

ООП

О 009-

028

0 33 4 -132 0 010п~Л, 0 006

ЮОвЦЛЦ^Ш

X

025

0 005 0 С

НПО 7 007

0010 0 008

ООП

007

ИНОКУЛИРОВАННЫЙ СЛИТОК СЛИТОК С ДОЛИВКОЙ ПРИБЫЛИ

24,2 т 23,52 т

— УГЛЕРОД, % _ СЕРА, % — ФОСФОР, % Рисунок 3 Распределение углерода, серы и фосфора по высоте и сечению

конуса осаждения в крупных кузнечных слитках спокойной стали

марки 38ХНЭМФА

Химическая неоднородность нижней трети стального слитка обусловлена особенностями кристаллизации конуса осаждения Первые оседающие кристаллы образуются из расплава при высоких температурах, они характеризуются пониженным содержанием примесей (С, Б, Р), из-за чего нижняя часть конуса осаждения имеет пониженное содержание всех ликвирующих элементов

Постепенно по мере нарастания твердого остова слитка теплоотвод замедляется и скорость роста кристаллов от поверхности снижается Усиливаются ликваци-онные процессы, что приводит к росту содержания С, Э," Р у вершины конуса осаждения и его наружных объемов

Таблица 2 Изменение степени ликвации углерода серы, фосфора по высоте

конуса осаждения в крупных слитках спокойной стали марки 38ХНЭМФА

Тип слитка Высота тела Степень ликвации элемента, %

слитка, мм С S Р

750 +5 -5 0

600 -5 -10 -15

Обычный слиток 24,2т 450 -13 -10 .-35

300 -16 -20 -50

150 -21 -20 -7

' - 1100 +3 -20 -26

Слиток с вогнутой донной частью 22,5 т"* 800 650 500 -5 -8 -11 -33 -33 -40 -33 -33 -40

- 350 -13 -33

900 +3

750 -5

Инокулированный слиток 24,2 т - 450 300 -3 -8

— 150 0 -11 -5

Слиток с доливкой прибыли 23,53"т 980 490 250 -5 -11 -35 -8 -31 -38 0 -9 -54

Детальное исследование кристаллического строения донной части крупных кузнечных слитков выявило новую, ранее мало изученную переходную зону, которая занимает промежуточное положение между зоной столбчатых кристаллов, растущих от поддона, и зоной мелких глобулярных кристаллов конуса осаждения Размер кристаллов переходной зоны в 3 раза больше кристаллов, формирующих зону конуса осаждения (рис 4а, табл 3) Угол наклона относительно горизонтали в среднем больше 45°, и такая ориентировка кристаллов прослеживается до мелкокристаллической области конуса осаждения

Развитое строение дендритной структуры переходной зоны указывает на последовательный механизм ее кристаллизации Рост столбчатых кристаллов прекращается в результате теплового сопротивления затвердевшего остова слитка и образующегося воздушного зазора Снижение интенсивности направленного теплоотво-да приводит к формированию равнооосных кристаллов переходной зоны, развитие которой останавливают мелкие кристаллы конуса осаждения

Результаты исследования, представленные на рис 46, показали, что область последовательной кристаллизации в донной части стального слитка и у основания изложницы, несмотря на высокую теплоаккумулирующую способность массивного поддона, имеет меньшую протяженность, по сравнению со стенками изложницы на

вышележащих горизонтах. Выявленная особенность кристаллического строения подтверждает вероятность торможения роста столбчатых кристаллов оседающими изолированными кристаллами.

Ш////////Л

—г-

200

I

400

—т—

600

800

1-1—

1000

Расстояние от края слитка, мм

1 - воздушный зазор, 2 - корковая зона,

3 - зона столбчатых кристаллов, 4 - переходная зона, 5 - конус осаждения, 6 - зона различно ориентированных кристаллов.

1245 1195 1145 1095 1045 995 г 945 \ 895 « 845 | 795 ^ 745 ё 695

5 660 % 600 К 540-I 480. я 420 : 360 300 240 180 120: 60 о:

и я о ч

О 20 40 60 80 100 120 140 160 180

Протяженность зоны последовательной кристаллизации, мм

■ столбчатая зона О пепеходная зона

а 6

Рисунок 4. Схема строения (а) и протяженности зоны последовательной кристаллизации (б) нижней половины слитка

Таблица 3. Параметры кристаллической структуры донной части слитков

Структурная зона Обычный слиток Слиток с вогнутой донной частью Инокулиро-ванный слиток Слиток с доливкой прибыли

переходная зона 2,7-5,5 3,2 2,1-6 3,1 2,4-5 3,5 2,5-5,2 3,3

конуса 1-1,9 1,2-2,2 1,1-1,9 1-1,9

осаждения 1,6 1,7 1,5 1,6

Примечание: в числителе - интервал разброса значений, в знаменателе - среднее значение

Изучение макроструктуры конуса осаждения показало, что он имеет зональное строение и включает пять основных зон с различной плотностью дендритной структуры и размером формирующих ее кристаллов (рис. 5, табл. 4). Изменение величи-

ны кристалла в осевой зоне конуса осаждения, приведенное на рис 6, наглядно демонстрирует, что при переходе от зоны II к зоне IV кристаллы приобретают глобулярную форму Так как центральная область замкнута наружными объемами, то в процессе затвердевания затрудненный теплоотвод от зоны IV приводит к прекращению роста кристаллов и изменению их дендритной формы на глобулярную Наружные области и вершина конуса осаждения имеют ярко выраженное разветвленное строение

Зона I - донная зона, Зона II - основание конуса, Зона III - наружная зона, Зона IV - центральная зона, Зона V - вершина конуса Рисунок 5 Схема зонального строения конуса осаждения

Таблица 4 Параметры кристаллической структуры конуса осаждения

Тип слитка Средняя длина крист; Средняя объемная доля ден злла, мм / дритных осей, %

зона I зона II зона III зона IV зона V

Обычный слиток 1,9/82,7 3,5 / 64,6 3,98 / 68,7 2,4 / 76,7 4,87 / 60,5

Слиток с вогнутой донной частью — 1,66/66,4 2,4/58,3 1,44/78,2 3/61,3

Инокулированный слиток 1,4/82,5 1,6/81,7 1,8/81 1,3/82 1,9/77,6

Слиток с доливкой прибыли 1,6/83,4 2,1/77,9 2,7/72,4 1,9/81,1 3,5/68,1

Выявленная различная морфология дендритной структуры в конусе осаждения указывает на важную роль развивающихся теплофизических и гидродинамических процессов в период затвердевания жидкого металла в изложнице

В ходе металлографического исследования кристаллического строения конуса осаждения были обнаружены крупные кристаллы, размер которых в 3-4 раза больше параметров основной массы дендритов (рис 7) Так, на фоне однородной структуры с размером кристаллов 2,7 - 4 мм наблюдались одиночные дендриты длинной до 9,6 -14,2 мм Они расположены хаотично в объеме конуса и не имеют направленной ориентировки Параметры крупных кристаллов идентичны равноосным кристаллам бокового фронта кристаллизации вышележащих горизонтов слитка, которые под действием нисходящих конвективных потоков переносятся в донную часть и «сокри-сталлизовываются» с мелкими кристаллами конуса осаждения

Длина большой оси кристалла, мм Диаметр большой оси кристалла, мм

а б

а - длина большой оси кристалла, б - диаметр большой оси кристалла Рисунок 6. Изменение величины кристалла в осевой зоне конуса осаждения

в слитке с доливкой прибыли

Мелкокристаллическая область конуса осаждения влияет на строение окружающих ее объемов металла. Площадь, занимаемая зоной дугообразных трещин, ширина и угол раскрытия зависят от величины и формы конуса осаждения. Чем больше высота последнего, тем меньше площадь, занимаемая зоной дугообразных трещин и угол их раскрытия. Смещение дефектной зоны в вышележащие горизонты облегчает залечивание горячих трещин и приводит к меньшей их протяженности по длине и сечению стального слитка (рис. 8, табл. 5).

Образование дугообразных трещин происходит у вершины конуса осаждения. Характер расположения дефектной области свидетельствует о существовании двух различных механизмов кристаллизации - последовательного и объемного, развитие которых приводит к формированию неоднородной структуры.

18 , I --- ---- к Л 1 8

16 I ¡4 а 1 б

д I V ю - - о о 1 4

12 ' \ ------ , 1 1 2

ю I \ к X — н 3 3 1

8 в_______■ 3 \ а зГ 1 08

^ « а>

6 | I X V а. т « \. -----■ X о. 06

4! " V Л---- х - / о. ^ х 04

2 * Э " к к 02

X -,----ст 0

6 9 12 15 18 21 24 Расстояние от оси слитка '/■

27 30

9 12 15 1В 21 24 Расстояние от оси слитка %

- обычны и слиток

- инокулированный слиток

Рисунок 8 Зависимость величины дугообразных трещин от типа слитка

- слиток с вагн/тои домной частью -слиток с доливкои

Развитие зоны внеосевой ликвации происходит на среднем горизонте слитка за пределами границ конуса осаждения Расположение «усов» внеосевой ликвации изменяется параллельно образующим конуса, т е развивается на стыке вертикального и горизонтального фронтов затвердевания (рис 9, табл 6) Отсутствие «задержки кристаллизации» в области конуса, посредством которой происходит формирование шнуров внеосевой ликвации, подтверждает, что оседающие изолированные кристаллы подавляют развитие последовательной кристаллизации в нижней части слитка

Таблица 5 Характеристика зоны дугообразных трещин

Тип слитка % от площади тела слитка / % к диаметру слитка Высота залегания дугообразных трещин, мм Высота конуса осаждения относительно тела слитка, мм Угол раскрытия дугообразных трещин Размер кристалла в конусе осаждения, мм Размер кристалла в зоне дугообразных трещин, мм

Обычный слиток 3,8/31,9 810 730 110 2,7 6,2 4,1 3,2 10,1 6,15

Слиток с вогнутой донной частью 2,26/21 1000 925 60 1,2 4,4 2,7 2,3 7,3 4,4

Инокулирован-ный слиток 1,2/11,5 1060 970 180 0,9 3,9 1,4 1,5 3,5 2,2

Слиток с доливкой прибыли 1,9/19,6 1170 1100 88 1.2 5,6 2,7 2,1 7,5 4,6

1 - корковая зона, 2 - столбчатые кристаллы, 3 - конус осаждения, 4 - равноосные кристаллы,5 - шнуры внеосевой ликвации Рисунок 9. Схема расположения шнуров внеосевой ликвации

Таблица 6. Характеристика зоны внеосевой ликвации

№ % от площади осевого темплета Расстояние от оси, мм Радиус конуса осаждения, мм Ширина зоны, мм низ/середина слитка Угол наклона Максимальный диаметр шнура, мм

Обычный слиток 20,33 270 выше конуса 100/152 53 5,1

Слиток с вогнутой донной частью 26,6 377 300 85/212 76 3,9

Инокули-рованный слиток 18 388 370 64/100 71 2,5

Слиток с доливкой прибыли 12,5 308 113 68/85 80 3

Таким образом, выявленные особенности кристаллического строения нижней трети стальных слитков свидетельствуют о возможности развития осадочной кристаллизации в период их затвердевания.

В четвертой главе исследовались закономерности формирования структуры центральной области слитка, которая включает в себя находящийся в донной части конус осаждения и располагающуюся над ним зону осевой рыхлости. С этой целью была проведена оценка влияния ряда факторов на процесс кристаллизации: начальной температуры разливки металла, доли дополнительно введенных центров кристаллизации, марки стали, отношения H/D слитка, конусности граней изложницы, относительного объема головной части, массы слитка.

Влияние геометрии и технологических параметров слитка на степень развития структурных зон и площади конуса осаждения отображено на рисунках 10 и 11.

Наибольшее воздействие на развитие конуса осаждения оказывает масса слитка (1..,140т) и доля дополнительно вводимой зародышевой фазы (0...5%), с ростом этих параметров конус увеличивается в 6 и 8 раз, а с увеличением H/D слитка (1.. .4) и температуры разливки (1540...1700 °С) его относительная площадь уменьшается в 7 и 15 раз соответственно. Проведенный анализ факторов показал, что параметры,

активно влияющие на величину конуса осаждения, в той же степени влияют на получение плотной осевой зоны и подавляют развитие осевой неоднородности

§ 25 ф

8 „201!). | I 15 ■

а с з 2 ю

с *-

Е 5

о

^ о •

30

о

5 25 а

8 20 о га £ 5 15

52

0 34 о 09

1540 1560 1580 1600 1620 1640 1660 1680 1700 температура разливки, С

1 15 2 25 3 35 4 5 масса дисперсных инокуляторов, %

2 30 г

о т 0)

о «20 •

« ГО §15 •

3 2

о с Я 10

с

о 5

0 -

5 57 5 32 4,89 4 53

3 44 2 91

о 30

о а 25

о О г20

5 о =15 2

о »10

с #

о

г? 0

И4 69

16 04

2 69 2 8 3 74 .

1 04 1 25 1 45 1 69 1 93 2 18 2 45 2 75 3 02 3 33 3 67 Н/О слитка

30 ^ 25 I

14 30 58 83 103 125 140 масса слитка, т

о т 20

X я Щ

3 2

о с; ® 10

5 5 о

30

I 25

Ш

8 20 о (v

И15 1110 С н

= 5

о

гг 0

2 9 92 94

8 3 84

3 04

30

0

1 25 01

о я 20

13 «К

= 2

О Л 10 с

5 5

85 о

6 67 6 18

5 4 95 4 62 4 13

-4-6 8 -10 12 прямая конусность слитка

4 6 8 10 12 14 обратная конусность слитка

8,5 83 82 7 99 77 75 7 35 7 1 69

30 г I 25

О ф

8 „20 И"

о

! " 5

о

¡5 0

83

9 87 10 0

23 9 22 9 21 9 19 8 16 5 12 8 7 4 объем прибыли %

40 45 марка стали

У8

Рисунок 10 Зависимость площади конуса осаждения от различных факторов

Максимальная площадь конуса осаждения 28,11% достигается при дополнительном введении зародышевой фазы Иными словами увеличение доли объемной кристаллизации в процессе затвердевания горячего расплава способствует получению более однородной структуры слитка

Расчет кинетики горизонтального и вертикального продвижения твердой фазы показал, что образование конуса осаждения обуславливается развитием двухфазной жидко-твердой области, которая является источником оседающих кристаллов Развитие двухфазной области сопровождается ростом конуса осаждения, после формирования которого скорость кристаллизации центральной части слитка резко возрастает(рис 12}

100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30%

^ffTVT.TTTTT*TT ___

0% 0% !♦♦■>♦♦♦♦«♦■>♦♦» 0% 0%

1540 1620 1700 1 35 2 70 140 0 2,5 5

T, С H/D М,сл %, инокупяторов

О корковая зона ЕЗ столбчатая зона □ различно ориентированные

ш конус осаодения G2 осевая рыхлость в усадочная раковина

Рисунок 11. Влияние температуры расплава, отношения H/D слитка, массы слитка и количества зародышевой фазы на развитие структурных зон

20%

20%

10%

100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30%

Время, ч

к - горизонтальный фронт кристаллизации —♦—вертикальный фронт кристаллизации

Рисунок 12. Кинетические кривые горизонтального и вертикального продвижения твердой фазы в слитке массой 24,2 т

Установленные зависимости дают возможность управлять процессом кристаллизации с целью получения оптимального расположения дефектных зон в слитке посредством регулирования геометрических параметров и технологических факторов разливки для каждой конкретной заготовки. Такой подход позволяет достичь определенной экономии металла и делает технологию ковки стальных слитков более эффективной и целенаправленной.

В пятой главе приведены результаты исследования дефектов, обнаруженных методом ультразвуковой дефектоскопии, с нижней части поковки (рис. 13). Размеры дефектов превышали максимально допустимые нормы, в результате чего готовое изделие браковали.

с)экв-5,5-7,6 мм

=3 0410 м к

- г,

1 И -к

8600

Рисунок 13 - Схема расположения дефектов в поковке

Металлографическим исследованием металла, вырезанного по месту расположения дефекта, были выявлены светлые пятна. По границе дефектного участка залегали грубые неметаллические включения от 40 до 3000 мкм, скопления которых приводили к расслоению металла, выявляющимися на поперечном темплете в виде трещин.

: : -- . ■ -. ; . Л-:--^

*

Рисунок 14. Макроструктура по месту дефекта, обнаруженного методом УЗК

В осветленном участке понижено содержание легкоплавких примесей (углерода, серы и фосфора) по сравнению с основным металлом. Исследование нетрав-ленных образцов показало, что тип сульфидной фазы в дефектной области отличался от здорового металла. В осветленном участке присутствовали одиночные сульфиды Рев - Мпв округлой формы. В основном металле пластичные сульфидные включения располагались небольшими группами, вытянутыми в строчки вдоль направления деформации. Анализ микроструктуры показал наличие в дефектной зоне квазиэвтектоида на фоне равновесной феррито-перлитной структуры здорового металла (рис. 15). Причиной образования квазиэвтектоида и сульфидов типа I является быстрое переохлаждение небольших объемов расплава.

Петрографическим методом анализа идентифицировали, что в состав крупных гетерогенных включений входит: магнезиальная шпинель МдО-А12Оз, фаялит гРеО-ЭЮг с выделившейся избыточной закисью железа РеО и тефроит 2МпО БЮг. Типичная многофазность и размер включений указывают на их экзогенное происхождение. Состав включений идентичен высокоглиноземистому огнеупору, используемому для футеровки направляющих труб и разливочных стаканов.

Таким образом, проведенное исследование выявило, что осветленные участки в теле поковки являются нерасплавившимися следами металлических настылей, образующихся на нижнем торце огнеупорных стаканов и направляющих труб (рис. 16). Металлические «сосульки» попадают в расплав в период разливки метал-

ла и оседают в донную часть слитка совместно с нисходящими потоками изолированных кристаллов.

а - основного металла с частицей оплавившегося дефекта; б - дефектная область Рисунок 15. Микроструктура стали 38ХНЭМФА х500

В условиях производства увеличение отходов донной обрези от 3% до 8,6%, предназначенное для ассимиляции такого рода дефектов, недостаточно, и изделия бракуют. Уменьшить отбраковку поковок по дефекту «светлая корочка» в теле заготовок возможно, устранив их образование.

Рисунок 16. Металлическая настыль на торцевой части направляющей трубы

Возникновение настылей на огнеупорной направляющей трубе связано с проникновением металла в поры огнеупора. В производственных условиях температура и скорость разливки варьируется в ограниченных пределах, поэтому наиболее легко регулируемым фактором является качество внутренней поверхности огнеупорных вставок. Понизить смачиваемость поверхности огнеупора возможно путем нанесения на вставку жаростойких покрытий. С учетом стоимости, дефицитности из большого числа термопрочных покрытий наиболее приемлема алюмохромофасфатная связка (ТУ 6-18-166-78). Алюмохромофасфатное связующее (АХФС) представляет собой гомогенный концентрированный раствор оксидных соединений А1гОз и Сг20з в 65%-ной ортофосфорной кислоте. Растворы на фосфатных связующих обладают высокой шлакоустойчивостью и огнеупорностью 1500-1700°С. Их использование обеспечивает получение высокоэффективных покрытий с низким водопоглощением и пористостью. Это позволяет снизить смачиваемость и повысить устойчивость против размывания внутренней поверхности стакана расплавом металла.

Результаты лабораторных исследований огнеупорных футеровок с покрытием АХФС представлены в таблице 7

Таблица 7. Краевой угол смачивания и глубина проникновения стали в поры

Вид покрытия Краевой угол смачивания, град Глубина проникновения металла в поры, мм

С покрытием АХФС 85 1,0

Без покрытия 63 3,0

Проведение опытно-промышленного опробования показало, что использование огнеупорного покрытия АХФС на внутренней поверхности направляющих труб и разливочных стаканов позволяет устранить настылеобразование в процессе отливки стальных слитков Указанная технология была внедрена в производство С использованием направляющих труб с огнеупорным покрытием АХФС отлито более 300 кузнечных слитков массой от 7 до 50 т Брак по дефектам «светлая корочка» с 2004 по 2006 год снизился с 8 до 0,6%

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1 Установлено, что зонное строение конуса осаждения характерно для всех изученных слитков независимо от массы, геометрии и технологических параметров разливки

2 Зонное строение конуса осаждения, обуславливается различными условиями теплоотвода в период зарождения кристаллов и затвердевания нижней части слитка Характер расположения структурных зон в конусе осаждение, а также наличие крупных кристаллов в его объеме подтверждают развитие осадочного механизма кристаллизации в период затвердевания стального слитка

3 Переходная зона в донной части слитка, сформированная различно ориентированными кристаллами, размер которых в 3 раза больше кристаллов вышележащих горизонтов, свидетельствует о прекращении развития последовательной кристаллизации вследствие оседания изолированных дендритов, образующихся в двухфазной жидко-твердой области стального слитка

4 Установлено, что область отрицательной ликвации совпадает с границами зоны конуса осаждения Анализ химической неоднородности показал, что количество легкоплавких примесей в его поверхностных слоях по отношению к основанию возрастает в среднем на 17% по [С], на 12% по [S] и на 35 % по [Р]

5 Степень развития объемной кристаллизации отражается на развитии зоны дугообразных трещин и расположении усов внецентренной ликвации С увеличением размера конуса осаждения в 1,5 раза протяженность области дугообразных трещин уменьшается в 3 раза, а зона внеосевой ликвации смешается в вышележащие горизонты

6 Показано, что на степень развития объемной кристаллизации наибольшее влияние оказывает температура разливки, отношение высоты к среднему диаметру (H/D), масса слитка, количество зародышевой фазы Ускоренное продвижение фронта затвердевания в вертикальном направлении уменьшает глубину распространения осевых дефектов, смещая их в вышележащие горизонты слитка, улучшает подпитку осевой зоны

7 Изучение механизма формирования нижнего конуса позволило установить, что причиной образования дефектов поковки, является ошлакованная металлическая настыль, оседающая в донной части стального слитка

8 Внедрение разработанного технологического мероприятия позволило устранить брак по дефектам УЗК с нижней части поковки Экономический эффект от внедрения новой технологии составил 970 тыс руб

Основные положения диссертационного исследования опубликованы в следующих работах

1 Моделирование напряженного состояния стальных слитков при затвердевании /СИ Жульев, ЕИ Бузинов, КЮ Бод, В А Шамрей, ЮА Посламовская// Сталь - 2006 - №7 - С 21-22

2 Посламовская, ЮА Особенности формирования нижней части крупных кузнечных слитков Cr-Ni-Mo сталей / Ю А Посламовская, \СИ Жульев| // Металлург - 2008 - №4 - С - 67-70

3 Особенности формирования структурных зон в крупных стальных слитках / МЕЖивов,АП Фоменко, К Ю Бод, В А Шамрей, Ю А Посламовская//Высокие технологии в машиностроении матер Междунар науч - техн конф, Самара, 20 - 22 окт 2005 г /Самар Гос Техн ун-т - Самара, 2005 - С 178-180

4 Причины возникновения внутренних трещин в крупных кузнечных слитках и разработка мероприятий по их устранению / ЮА Посламовская, КЮ Бод, М Е Живов, А П Фоменко // Высокие технологии в машиностроении матер Междунар науч - техн конф, Самара, 20 - 22 окт 2005 г / Самар Гос Техн ун-т - Самара, 2005 - С 216-218

5 Посламовская, Ю А Исследование влияния характера струи металла на качество стального слитка / Ю А Посламовская, С И Жульев // Энергетики и металлурги настоящему и будущему России матер 6-й всерос конф студентов, аспирантов и специалистов, Магнитогорск, 24 - 26 мая 2005 г / МПУ -Магнитогорск, 2005 - С 19

6 Исследование структуры с помощью металлографической программы МГП / КЮ Бод, В А Шамрей, Ю А Посламовская, А В Мозговой, ME Живов //матер Междунар молодежной конференции «XIV Туполевские чтения», Казань, 10-11 ноябрь 2006 г /КГТУим АН Туполева - Казань, 2006 - С 140-141

7 Посламовская, Ю А Исследование структурных зон конуса осаждения крупных кузнечных слитков / Ю А Посламовская, В А Шамрей, А В Мозговой // Наука Технологии Инновации матер всерос науч -тех конф молодых ученых, Ново-сибирс, 7-10 декабрь 2006 г I НГТУ - Новосибирск, 2006 -С216-218

8 Исследования технологии разливки стали на структурные параметры крупного кузнечного слитка /ПС Рвачев, В А Шамрей, Ю А Посламовская, А В Мозговой // VII ВНТК «современные промышленные технологии» матер всерос науч -тех конф, Нижний Новгород, декабрь 2006 г /ННИЦ - Нижний Новгород, 2006 - С 6-7

9 Посламовская, Ю А Влияние геометрических параметров слитка на величину конуса осаждения /Ю А Посламовская, В А Шамрей, А В Мозговой //Энергетики и металлурги настоящему и будущему России матер 6-й всерос конф студентов, аспирантов и специалистов, Магнитогорск, 22 - 23 мая 2007 г /МГТУ - Магнитогорск, 2007 - С 81-84

10 Посламовкая, ЮА Исследование причин образования трещин в крупных кузнечных слитках / Ю А Посламовская // IX Региональная конференция молодых

исследователей Волгоградской области, г Волгоград, 9-12 ноября 2004 г Тезисы докладов / ВолгГТУ и др - Волгоград, 2004 - С 130-131

11 Посламовская, Ю А Исследование кристаллической структуры конуса осаждения крупных кузнечных слитков //X Региональная конференция молодых исследователей Волгоградской области, г Волгоград, 8-11 ноября 2005г Тезисы докладов / ВолгГТУ и др - Волгоград, 2005 -С 140-141

12 Посламовкая, ЮА Исследование механизма кристаллизации конуса осаждения крупных кузнечных слитков / Ю А Посламовская // XI Региональная конференция молодых исследователей Волгоградской области, г Волгоград, 8-10 ноября 2006г Тезисы докладов / ВолгГТУ и др - Волгоград, 2006 -С 152-153

13 Исследование природы дефектов в поковках из стали 42CrMo4V и 18NiCrMo5 / С А Пегишева , Г П Шевкун, Ю А Посламовская, Н С Масловская // Научные сообщения КДН бюл / Волгогр клуб докторов наук - Волгоград, 2004 - № 13 -С 98- 105

14 Посламовская, ЮА Снижение загрязненности стального слитка и поковок из конструкционной стали / // Научные сообщения КДН бюл / Волгогр клуб докторов наук - Волгоград, 2005 -№14 -С 47-51

15 Посламовская, Ю А Устранение внутренних дефектов стальных поковок / Ю А Посламовская, С И Жульев // Научные сообщения КДН бюл / Волгогр клуб докторов наук - Волгоград, 2005 - №14 - С 51-56

16 Посламовская, ЮА Исследование кристаллического строения нижней части слитков / Ю А Посламовская, К Е Титов, С И Жульев // Сб Металлургия в машиностроении - Волгоград, 2006 - С 105 - 108

17 Посламовская, Ю А Исследование переходной зоны конуса осаждения / Ю А Посламовская, С И Жульев // Сб Металлургия в машиностроении -Волгоград, 2006 С 175-178

18 Посламовская, Ю А Разливочные металлические настыли в стальных слитках / Ю А Посламовская, С И Жульев // Сб Металлургия в машиностроении -Волгоград, 2006 - С 178- 181

19 Гаманюк, СБ Исследование особенности формирования конуса осаждения крупных кузнечных слитков / С Б Гаманюк, Ю А Посламовская, С И Жульев // Сб Металлургия в машиностроении - Волгоград, 2006 - С 156- 161

20 Горунов, А И Исследование крупных кристаллов в объеме конуса осаждения стального слитка / А И Горунов, Ю А Посламовская, С И Жульев // Сб Металлургия в машиностроении - Волгоград, 2006 - С 161 - 165

Личный вклад автора в опубликованные работы Все выносимые на защиту научные и практические результаты получены автором лично и в соавторстве

В работах [2, 3, б, 7, 11, 12, 16, 17, 19, 20] автором приводятся данные, полученные в результате исследования макроструктурной, химической неоднородности нижней половины крупных стальных слитков различной геометрии и технологии отливки В статье [1] представлены результаты, полученные с помощью компьютерного моделирования, определяющие закономерности формирования центральной зоны в теле прибыльного сдвоенного ступенчатого слитка с меньшей нижней частью, а также влияние геометрических и технологических параметров на степень их развития В работах [4, 10, 13,14,15,18], автором проведено исследование дефектов крупных кузнечных слитков и изготавливаемых из них крупногабаритных поковок, определены закономерности наследования дефектов слитка заготовкой В работах [5, 8, 9], автором предложены оптимальные геометрические параметры слитков и технологические режимы отливки с целью получения качественных поковок

Подписано в печать 29.0%.200 г Заказ №299 Тираж ЮОэкз Печ л Формат 60 х 84 1/16 Бумага офсетная Печать офсетная

Типография «Политехник»

Волгоградского государственного технического университета 400131, Волгоград, ул Советская,35

Введение

ГЛАВА 1. ОСОБЕННОСТИ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ И СТРОЕНИЯ

КРУПНЫХКУЗНЕЧНЫХ СЛИТКОВ

I / ' { '

1.1 Теории процесса затвердевания стального слитка

1.2 Современные концепции механизма кристаллизации стальных слитков

1.3 Роль геометрических параметров в. формировании структуры слитков

1.4 Дефекты стального слитка

1.4.1 Дефекты усадочного происхождения

1.4.2 Дефекты ликвационного характера

1.4.2.1 Механизм возникновения зональной ликвации

1.4.2.2 Внеосевая ликвация

1.4.3 Неметаллические включения в нижней части слитка 3 8 Заключение по главе

ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ-И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1 Сведения о материале исследования

2.2 Методика исследования структурной неоднородности 52 2.3-Методика исследования химической неоднородности

2.4 Разработка математической модели кристаллизации слитка

2.5 Методика работы с комплексом Crystal '

2.6 Методика исследования металла промышленных валов

2.6.1 Методика определения плотности

2.6.2 Методика приготовления микрошлифов

2.6.3 Методика определения природы и размера включений

2.6.4 Методика исследования микроструктуры

2.7 Методика определения краевого угла смачивания

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРНОЙ НЕОДНОРОДНОСТИ СТАЛЬНЫХ СЛИТКОВ.

3.1 Исследование кристаллического строения стального слитка

3.2 Влияние геометрических параметров литейной оснастки на развитие кристаллической неоднородности нижней половины слитка

3.3 Исследование химической неоднородности нижней половины стального слитка

3.4 Особенности строения донной части кузнечных слитков массой более 20 т

3.5 Исследование кристаллического строения конуса осаждения

3.6 Исследование единичных крупных кристаллов в конусе осаждения

3.7 Исследование объемов металла, прилегающих к конусу осаждения 102 Заключение по главе

ГЛАВА 4. МОДЕЛИРОВАНИЕ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ СЛИТКОВ С РАЗЛИЧНЫМИ ГЕОМЕТРИЧЕСКИМИ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ

ПАРАМЕТРАМИ

4.1 Начальные условия для моделирования. Их влияние на процесс кристаллизации и образование дефектов в слитке

4.2 Описание объектов исследования

4.3 Слитки сразличной температурой разливки

4.4 Слитки разных марок сталей

4.5 Слитки с различным объемом прибыли 115 4.5 Слитки с разным отношением высоты к диаметру (H/D)

4.7 Слитки с разной конусностью

4.7.1 Уширенные к верху прибыльные слитки

4.7.2 Уширенные к верху бесприбыльные слитки

4.7.3 Уширенные к низу прибыльные слитки

4.8 Слитки с различной массовой долей вводимых инокуляторов

4.9 Слитки разного развеса

4.10 Продвижение фронта кристаллизации во времени 133 Заключение по главе

ГЛАВА 5. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРИРОДЫ ДЕФЕКТОВ НИЖНЕЙ ЧАСТИ СЛИТКА, НАСЛЕДУЕМЫХ ПОКОВКОЙ

5.1 Состояние производства промышленных слитков и поковок

5.2 Исследование дефектов в заготовках

5.3 Разработка технологических мероприятий по сокращению дефектов нижней части кузнечных слитков '

5.4 Отливка промышленных слитков и результаты контроля изделий 155 Заключение по главе 5 158 Выводы 159 Приложение 161 Список используемой литературы

Развитие отечественного машиностроения ставит задачу повышения качества крупногабаритных изделий ответственного назначения, которые находят широкое применение в энергетической, химической отраслях промышленности, а также в судо- и машиностроении. Для, изготовления крупных поковок необходимы кузнечные слитки массой от 10 до 200 т.

Получение высококачественных тяжелых слитков осложнено большими трудностями экспериментального исследования закономерностей процесса кристаллизации металла и ограниченностью публикаций, освещающих результаты исследования крупных слитков.

Высокое качество поковок обуславливается отсутствием металлургических дефектов, равномерностью физико-механических свойств, высоким выходом годного и может быть. достигнуто только при условии достаточного качества исходного слитка. Затвердевание крупных объемов металла сопровождается значительным развитием структурной и химической неоднородностей, внутренними и поверхностными дефектами, скоплениями вредных примесей и неметаллических включений. Причем с увеличением массы кованых деталей, обусловленным постоянным увеличением мощностей агрегатов, и соответственно слитков для их производства, усиливается неоднородность металла и его пораженность различного рода дефектами.

В целях выявления внутренних дефектов каждая заготовка подвергается ультразвуковому контролю. Практика производства заготовок из кузнечных слитков свидетельствует о том, что одним из дефектов, как правило, приводящим к отбраковке готового изделия на стадии сдаточного контроля, являются неметаллические включения с нижней части поковки. Отдельные крупные включения или скопления более мелких включений, выявляются методом ультразвуковой дефектоскопии и видны невооруженным глазом на дисках металла, отобранных для макроконтроля по месту дефекта. Различия 4 в структуре кристаллической решетки и свойствах включений и основного металла становятся причиной образования несплошностей и трещин в теле поковки, что приводит к развитию шиферного или древовидного изломов и отбраковке изделия.

Максимально допустимый размер и протяженность дефектов нормируются SEP 1921 и согласовываются между изготовителем и заказчиком в соответствии с классом надежности. Дефекты, которые по размерам превышают указанные пределы, приводят к отбраковке готового изделия, что связано с большими потерями металла.

Совершенствование технологии производства стальных слитков с целью повышения их качества должно проводиться на основе современных представлений о механизме процесса затвердевания стали и формирования слитка. В связи с этим актуально комплексное углубленное исследование дендритного строения и дефектов кристаллической структуры кузнечных слитков, а также поиск новых эффективных путей улучшения качества металла, прежде всего, за счет повышения его чистоты.

Цель работы.

Повышение качества слитков для ответственных изделий тяжелого машиностроения на основе изучения особенностей кристаллической структуры конуса осаждения и разработки новых технологических мероприятий по сокращению дефектов нижней части кузнечных слитков.

В соответствии с поставленной целью были решены следующие задачи:

Изучено кристаллическое строение и определен химический состав дефектной области и прилегающих объемов металла поковок конструкционных марок стали.

Исследованы морфология, природа и характер расположение неметаллических включений в дефектной зоне металла поковок.

Проведен анализ структурных и ликвационных зон нижней части стальных слитков различной массы, геометрии и технологических параметров разливки.

Проведены детальные исследования, направленные на уточнение механизма формирования конуса осаждения в нижней части стальных слитков и прилегающих к нему объемов металла.

Установлены причины образования дефектов в теле поковки, выявляемых методом ультразвуковой дефектоскопии, и предложен способ их устранения.

Практическая ценность.

В результате исследования кристаллического строения и уточнения-механизма структурообразования стального слитка установлены характер и природа дефектов, выявляемых ультразвуковым контролем с нижней части поковок - это металлические настыли, образующиеся на торцевой части направляющей трубы при разливке металла, которые, попадая в кристаллизующийся расплав, переносятся в донную часть слитка. Разработаны мероприятия, направленные на устранение данного типа дефекта, за счет использования противопригарных, огнеупорных покрытий, понижающих смачиваемость и* повышающих стойкость огнеупорных колец f направляющих труб и разливочных стаканов. Усовершенствование процесса разливки позволило исключить появление макродефекта «светлая корочка» в нижней части слитка.

Внедрение усовершенствованной технологии отливки стальных слитков с использованием огнеупорной алюмохромофасфатной обмазки на ФГУП ПО «Баррикады» (г. Волгоград) дало экономический эффект 970,2 тыс. руб., за счет устранения брака, вызванного появлением дефектов в нижней части поковки.

Основные положения, выносимые на защиту: результаты исследования и сравнительный анализ кристаллической структуры и ликвационной неоднородности нижней части стальных слитков различной массы, геометрии и способов разливки; результаты моделирования влияния геометрических и-технологических параметров стальных слитков на структурную неоднородность и размеры конуса осаждения литых заготовок; результаты металлографического исследования характера и природы дефектов, выявляемых методом УЗК в нижней части поковки.

Научная новизна:

1. Установлено зонное строение конуса осаждения, обусловленное различными-условиями затвердевания свободно растущих изолированных кристаллов, в нижней части стальных слитков независимо от их массы, геометрии и способов разливки.

2. Определено существование переходной зоны в донной части стальных слитков, наличие которой свидетельствует о реализации как последовательного, так и объемного механизмов кристаллизации в процессе их затвердевания. I

3. Выявлено наличие единичных крупных кристаллов в объеме мелкокристаллической области конуса осаждения, параметры которых идентичны равноосным кристаллам бокового фронта затвердевания вышележащих горизонтов слитка.

4. Показана возможность оптимального расположения зон дугообразных трещин и внеосевой ликвации посредством регулирования доли объемной кристаллизации.

Апробация работы.

Материалы диссертационной работы докладывались на 6 международных конференциях (Магнитогорск 2005г, 2007г, Самара 2005г, Казань 2005г, Новосибирск 2006г, Нижний Новгород 2006г), а также на ежегодных научно-технических конференциях ВолгГТУ (2004-Т-2007 гг).

Диссертационная работа выполнена в рамках проекта Министерства промышленности, науки и технологии 6/354-03 «Разработка технологии производства металлургических заготовок повышенной однородности для изделий тяжелого машиностроения» (2003 г.) по распоряжению №3.900/417

68 от 26 марта 2003 года, а также при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований проект № 07-08-0051 от 02 апреля 2007 года «Изучение фундаментальных закономерностей формирования дефектов при кристаллизации сверхкрупных металлических тел» (2007 г.). I

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Установлено, что зонное строение конуса осаждения характерно для всех изученных слитков независимо от массы, геометрии и технологических параметров разливки.

2. Зонное строение конуса осаждения обуславливается различными условиями теплоотвода в период зарождения кристаллов и затвердевания нижней части слитка. Характер расположения структурных зон в конусе осаждения, а также наличие крупных кристаллов в его объеме подтверждают развитие осадочного механизма кристаллизации в период затвердевания стального слитка.

3. Переходная зона в донной части слитка, сформированная различно ориентированными кристаллами, размер которых в 3 раза больше кристаллов вышележащих горизонтов, свидетельствует о прекращении развития последовательной кристаллизации вследствие оседания изолированных дендритов, образующихся в двухфазной жидко-твердой области стального слитка.

4. Установлено, что область отрицательной ликвации совпадает с границами зоны конуса осаждения. Анализ химической неоднородности показал, что количество легкоплавких примесей в его поверхностных слоях по отношению к основанию возрастает в среднем на 17% по [С], на 12% по [S] и на 35 % по [Р].

5. Степень развития объемной кристаллизации отражается на развитии зоны дугообразных трещин и расположении усов внецентренной ликвации. С увеличением размера конуса осаждения в 1,5 раза протяженность области дугообразных трещин уменьшается в 3 раза, а зона внеосевой ликвации смещается в вышележащие горизонты.

6. Показано, что на степень развития объемной кристаллизации наибольшее влияние оказывает температура разливки, отношение высоты к среднему диаметру (H/D), масса слитка, количество зародышевой фазы. Ускоренное продвижение фронта затвердевания в вертикальном направлении уменьшает глубину распространения осевых дефектов, смещая их в вышележащие горизонты слитка, улучшает подпитку осевой зоны.

7. Изучение механизма формирования нижнего конуса позволило установить, что причиной образования дефектов поковки является ошлакованная металлическая настыль, оседающая в донной части стального слитка.

8. Внедрение разработанного технологического мероприятия позволило устранить брак по дефектам УЗК с нижней части поковки. Экономический эффект от внедрения новой технологии составил 970 тыс. руб.

1. Иванцов Г.П. К вопросу о возможности "дождя кристаллов" в стальном слитке. // Сталь. 1952. - №10. - С. 922-931.

2. Штейнберг С.С. Слиток стали Свердловск.: УралОГИЗ, 1933 - 324 с.

3. Скобло С.Я., Донцов П.М. Механизм образования конуса осаждения в слитке. // Сталь. 1951. - №6. - С. 535-543.

4. Тамман Г. Металловедение. Химия и физика металлов и сплавов. Пер. с нем. ОНТИ. М.-Л., 1935. - 439 с.

5. Голиков И.Н., Козлов Ф.В. К вопросу о "дождевой" кристаллизации стали. // Сталь. 1952. - №7. - С. 626-630.

6. Сокольская Л.И. О "дожде" кристаллов в затвердевающих металлах. // Сталь. 1951. - №6. - С. 544-550.

7. Тагеев В.М. Гипотеза о "дожде" кристаллов в затвердевающих слитках и отливках. // Сталь. 1952. - №1. - С. 59-68.

8. Гуляев Б.Б. О возможности "дождя" кристаллов при затвердевании стальных слитков. // Сталь. 1951. - №10. - С. 928-929.

9. Ойкс Г.Н. Вопросы кристаллизации слитка стали. // Сталь. 1952. — №7.-С. 735-741.

10. Трубин К.Г., Ойкс Г.Н. Металлургия стали. М.: Металлургиздат. 1957.-714 с.

11. Штейнберг С.С. Металловедение. Свердловск: Металлургиздат, 1961.-598 с.

12. Ефимов В.А. Задачи по ускорению научно-технического прогресса в области повышения качества стальных слитков и заготовок. // Сталь. — 1988.-№4.-С. 1-4.

13. Наррита К., Мари Т. Изучение процесса затвердевания крупных стальных слитков. Перевод с японского № 93090/1

14. Ефимов В.А. Разливка и кристаллизация стали. М.: Металлургия, 1976.-552 с.

15. Скороходов Н.Е. О гипотезе "дождя" кристаллов. // Сталь. 1952. -№9. - С. 824-828.

16. Колосов М.И., Строганов А.И., Смирнов Ю.Л. Охримович Б.П. Качество слитка спокойной стали. — М.: Металлургия, 1973. 408 с.

17. Самойлович Ю.А. Формирование слитка. М.: Металлургия, 1977. — 160 с.

18. Титов К.Е. Совершенствование технологии жидко твердой разливки крупных кузнечных слитков из конструкционной стали для ответственных изделий Кандидат, дис. -М.: ВМИ, 2004 - 140 с.

19. Петрова В.Ф. Исследование влияния инокулированнония на структурные параметры литого металла и служебные свойства кованных изделий тяжелого машиностроения. Кандидат, дис. —Волгоград: ВолгГТУ, 2006.- 140 с.

20. Затуловский С.С. Суспензионная разливка. Киев.: Наукова думка. -1981г.-259с.

21. Гайдай П.И. Кристаллизация и строение слитка // Сборник статей 1с — М.: Металлургия.- 1958.-С.95-112.

22. Данилов В.И., Неймарк В.Е. О зарождении центров кристаллизации в переохлажденной жидкости, о спонтанной кристаллизации жидкостей. // Журнал экспериментальной и теоретической физики. 1949. - Т. 19. — №13.-С. 235-241.

23. Скребцов A.M., Дан Л.А. Исследование воздействий на свободную поверхность затвердевающей отливки или слитка // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия.-1995г.-№9.

24. Гудцов Н.Т. // Стальной слиток: Сб. тр. I Всесоюзной науч-техн. Сессии по стальному слитку М.: Металлургия - 1952 - С. 3-20.

25. Кузнецов В.Д. Кристаллы и кристаллизация. М.: ГИТТЛ, 1954 — 126 с.

26. Кузнецов В.Д. Кристаллы и кристаллизация. М.: Гос.изд.тех. -теор.лит., 1963 - 357 с.

27. Балашин Ю.А., Гладков М.И. Термодинамика внешнего воздействия на процессы гомогенной и гетерогенной кристаллизации металлов. // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия.-2001г.-№3.

28. Балакин Ю.А., Гладков М.И. Влияние внешних воздействий на основные параметры кристаллизации металлов. // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия.-2002г.-№11.

29. Баландин Г.Ф. Формирование кристаллического строения слитков. — М.: Машиностроение, 1973. 286 с.

30. Бровман М.Я. О возможности уменьшения пористости при обработке металлов давлением. // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия.-2001 г.—№5.

31. Казачков Е.А. Повышение однородности крупных слитков спокойной стали. // Сталь. 1991г. - № 2 - С. 24-26

32. Эльдарханов А.С., Ефимов В.А., Баталов М.А. Вибрационная обработка затвердевающей стали. // Сталь. 1997г. - № 9 - С. 18-21

33. Смирнов А.Н. Улучшение качества слитков и заготовок путем виброимпульсного воздействия при их затвердевании. // Сталь. 1997г. - № 4 - С. 14-20

34. Ефимов В.А., Эльдарханов А.С., Таранов Е.Д. Влияние внешних воздействий на структурообразование и неметаллические включения при кристаллизации стали. // Сталь. 1999г. - № 7 - С. 27-30

35. Казачков Е.А., Макуров С.Л., Носоченко О.В. Процессы формирования и пути повышения качества крупных слитков для прокатки толстых листов. // Сталь. 2002 г. - №8. С. 39-42.

36. Ефимов В.А. Моделирование процессов формирования кристаллической структуры литья под давлением. // Сталь. 2003 г. - №6.

37. Балакин Ю.А. Влияние внешних воздействий на основные параметры кристаллизации металла. // Металлы. 2002г. -№6. - С 43-48

38. Хворинов Н.И. Кристаллизация и неоднородность стали. М.: Металлургия, 1958.-390 с.

39. Левшин Г.Е., Мамаев К.В., Матюшков И.Л. О коэффициенте затвердевания отливок. // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия -2002г.—№2.

40. Чалмерс Б. Теория затвердевания. М.: Металлургия, 1968. - 300 с

41. Чернов Д.К. Краткий обзор статей Лаврова и Калакуцкого о стали и собственные исследования по тому же предмету. // Чернов Д.К. и наука о металлах: сб. трудов Д.К. Чернова. М.: Металлургиздат, 1950. - С. 63-109.

42. Скребцов A.M. Конвекция и кристаллизация металлического расплава в слитках и отливках. М.: Металлургия, 1993г. - 142с.

43. Н. Andrew, Eight Report on the Heterogeneity of steel Ingots a. Steel Inst. (Special report № 25, p.25)

44. Скобло С.Я., Казачков E.A. Слитки для крупных поковок. М.: Металлургия 1973-248 с.

45. Marburg Е/ Journal of Metals. 1953, v.5, №2, pl57-172.

46. Шмрга Л. Затвердевание и кристаллизация стальных слитков. / Пер. с чешек, под ред. Кашина В.И. М.: Металлургия, 1985. - 248 с.

47. Китаев Е.М. Затвердевание стальных слитков. М., Металлургия, 1982.- 168 с.

48. Скобло С.Я., Казачков Е.А. Разливка стали и формирование слитка. // Проблемы стального слитка: Труды I конференции по слитку. М.: Металлургия, 1966. - С. 112-129.

49. Жульев С.И. Исследование процесса затвердевания осевой зоны крупного слитка спокойной стали. Канд. дис. Москва, 1978. 161 с.

50. Matuschka В. Arch. f. d. Eisenhuttenwesen, 1929, №2. S. 405

51. Нехендзи Ю.А. Стальной слиток. М.: Металлургия, 1948. - 767с.

52. Агеев Е.Д. Стальной слиток. -М.: Металлургиздат, 1950, 336с.

53. Лахтин Ю.М. Металловедение и термическая обработка металлов. -М.: Металлургия 1976 с.406

54. Беккиус К. Образование горячих трещин в литой стали с металлургической точки зрения. 24-й международный конгресс литейщиков 19-24 августа 1957 г. в Стокгольме. М.: Машгиз, 1960.

55. Дюдкин Д.А., Крупман Л.И., Максименко Д.М. Усадочные раковины в стальных слитках и заготовках. -М.: Металлургия, 1983. 136 с.

56. Жульев С.И., Зюбан Н.А. Производство и проблемы качества кузнечного слитка. // Монография, ВолгГТУ. Волгоград, 2003. — 168с.

57. Вейник А.И. Теория затвердевания отливки. М.: ГНТИМСЛ, 1960. 436 с.

58. Чекалин С.Н. Исследование кристаллической структуры и дефектов осевой зоны крупных кузнечных слитков с целью повышения эффективности производства и качества сплошных поковок. Кандидат, дис. -Волгоград: ВолгГТУ, 2004. 150 с.

59. Лапотышкин Н.М., Лейтес А.В. Трещины в стальных слитках. М.: Металлургия, 1969. - 112 с.

60. Константинов Л.С., Трухов А.П. Напряжения, деформации и трещины в отливках. М.: Машиностроение, 1981. - 199 с.

61. Жульев С.И., Шевкун Г.П., Петрова В.Ф. и др Дугообразные трещины в крупном кузнечном слитке. //Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. 2006. -№11. - С. 30-34.

62. Бутаков Д.К., Лирман A.M. Плотников Г.Н. К вопросу о механизме образования внецентренной ликвации в стальном слитке. // Проблемы стального слитка: Труды V конференции по слитку. М.: Металлургия, 1974.-С. 136-138.

63. Вихляев В.Б. Ефимов В.А., Ищук, Н.Я., Легенчук В.И. К вопросу об образовании Л-образной внеосевой химической неоднородности в слитках спокойной стали. // Проблемы стального слитка: Труды V конференции по слитку. М.: Металлургия, 1974. - С. 136-138.

64. Аношкин Н.Ф. Зональная химическая неоднородность слитков. М.: Металлургия 1976. - 238 с.

65. Явойский В.И., Ойкс Г.Н. Металлургия стали. М.: Металлургия 1973. -815 с.

66. Гаев Н.С. Дефекты строения стали. — М.: Металлургия, 1947. — 232с. 67.1. Н. Andrew, Eight Report on the Heterogeneity of steel Ingots a. Steel1.st. (Special report № 25, p.25)

67. Тагеев B.M., Дудкин B.A. Исследование кристаллизации слитков и отливок с применением радиоактивных изотопов (меченых атомов). // Труды научно-технического общества чёрной металлургии. М.: Ме-таллургиздат, 1955. Т. 5. Ч. 2. - С. 19-36.

68. Голиков И.Н., Масленников Б.Н. Дендритная ликвация в сталях и сплавах. — М.: Металлургия, 1977.-217 с.

69. Тасиро Тоити, Тодороки Тору и др. Механизм образования макролик-ваций в крупных слитках и отливках. Перевод с японского № 7751

70. Burton J. А. , Prim R.C., Slichter F.P., Journal of Chemical Physics, v.21, Nov. 1953

71. Общая металлургия: Учебник для вузов / Воскобойников В.Г., Кудрин В.А., Якушев A.M. М.: Металлургия, 2000. - 768 с.

72. Металлургия стали: Учебник для вузов / Явойский В.И., Кряковский Ю.В., Григорьев В.П. и др. М.: Металлургия, 1983. - 534 с.

73. Ефимов В.А. Разливка стали в слитки. // Формирование стального слитка. — М.: Металлургия. 1986. - С. 6-13.

74. Тиллер В.А. Сегрегация растворимых примесей при затвердевании слитка. // В сб. Жидкие металлы и их затвердевание. М.: Металлургия 1962

75. Тагеев В.М., Смирнов Ю.Д. Металлургия и металловедение //Сб. трудов научно-технической конференции по применению изотопов и ядерных излучений. Изд. АН СССР, 1958.

76. Руцкий Д.В. Исследование химической неоднородности кузнечныхслитков для крупногабаритных заготовок тяжелого машиностроения.

77. Кандидат, дис. М.: ЦНИИТМАШ 2006.- 140 с169

78. Овсиенко Д.Е. Влияние нерастворимых примесей на кристаллизацию и структуру металлов. // Кристаллизация металлов: Тр. IV совещания по теории литейных процессов АН СССР. М. - I960 - С. 76-85.

79. Макроструктура и химическая неоднородность 23т слитка стали 17Г2АФ / Ковальчук Г.З., Олихова М.А., Ярмош В.Н., Когадеева Н.Ю. / Тематический сборник научных трудов // М.: Металлургия 1987 — С.85-88.

80. Скобло С.Я. Металлургия стали. // Сб. вып. X М.: Металлургия, -1964.-С. 40-49.

81. Малиночка Я.Н., Титов Т.М. Конус осаждения в слитке спокойной стали. //Сталь. 1989. -№11. - С. 26-31.

82. Виноград М.И. Включения в стали и ее свойства. М.: Металлургия, 1963.- 320с.

83. Саратовкин Д.Д. Дендритная кристаллизация. М.: Металлургиздат, 1957.-127 с.

84. Жульев С.И. Оптимизация процессов производства кузнечных слитков для поковок ответственного назначения с использованием САПР технологии. Диссертация на соискания доктора технических наук. - Волгоград. - 1991314с.

85. Жульев, С.И., Фетисов Г.И., Чухлов В.М. Воздействие реверсивным вращением на структуру и свойства металла слитка. // Влияние внешних воздействий на жидкий и кристаллизующийся металл / АНУССР. ИПЛ. Киев, 1983.-С. 120-129.

86. Гудцов Н.Т. Основные вопросы изучения стального слитка. // Стальной слиток. -М.: Металлургиздат, 1952. С. 11-20.

87. Тэн Э.Б., Леюшкин А.А., Мостовой А.Б., Справник А.И. Неметаллические включения стали 0Х12НДЛ и загрязненность ими литых лопастей гидротурбин. // Известия высших учебных заведений. Черная метал-лургия.-1994г.-№5.

88. Воробьев Н.И., Токовой O.K., Мокринский А.В., Антонов В.И. Влияние содержания серы и неметаллических включений в стали на флоке-нообразование в крупных поковках. // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия.-2003г.-№2.

89. Воробьев Н.И., Мирзаев Д.А. Сульфиды в поковках из конструкционной стали 40ХГМ. // Металлы. 2006г. -№2.

90. Лаборатория металлографии // Под ред. Б.Г. Лившица.- М.: Металлургия. 1991.-394с./

91. Виногард М.И., Громова Г.П Включения в легированных сталях и сплавах. М.: Металлургия, 1979.-272с.

92. Селиванов В.Н. О формировании конуса осаждения в слитках спокойной стали //Проблемы стального слитка: Труды IV конференции по слитку. М.: Металлургия, 1969. - С. 136-138.

93. Багмутов В.П., Захаров И.Н. Моделирование градиентных структурных состояний в стальном слитке в ходе застывания. // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. №10. - 2003. - С.52-56.171

94. Вейник А.И. Теплообмен между слитком и изложницей. М.: Металлургиздат, 1959. - 358 с.

95. Ефимов В.А., Эльдарханов А.С., Нарудинов А.С. Влияние градиента температуры на кристаллическую структуру литья. // Сталь. 2001 г. -№5. С. 25-27

96. Флеминге М.К. Процессы затвердевания. Пер. с англ. — М.: Мир, 1977.-423 с.

97. ЮО.Вайнгард У Введение в физику кристаллизации металлов. М.: Мир, 1967.-160 с.

98. Яковлев Ю.Н. Современное состояние вопросов гидродинамики разливки стали и методов ее исследования. // Сталь. 1991г. - № 2 - С. 22-24

99. Федоров Д.Н. Исследование усадочных дефектов в удлинённых сдвоенных бесприбыльных слитках и их использование для производства крупных полых поковок. Канд. дис. М.:ЦНИИЧЕРМЕТ, 2005. - 170 с.

100. Бод К.Ю. Исследование удлиненных ступенчатых прибыльных слитков для полых поковок. Канд. дис. М.: ЦНИИЧЕРМЕТ, 2005. - 160с.

101. Вихляев В.Б., Ефимов В.А., Ищук Н.Я. Исследование взаимосвязи между скоростью кристаллизации стали и ликвацией примесей в слитке. // сб. Разливка стали и качество слитка. Киев 1971. С. 167 — 172.

102. Башлий Ф.И. Напряжения у технологических дефектов структуры стали. // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия.— 2003г.—№11.

103. Standish N. A review of the bottom cone of inclusions of steel ingots. Iron and steel. 1969. №12. p. 354-360.

104. Гольдштейн Я.Е., Мизин B.E. Инокулирование железоуглеродистых расплавов. М.: Металлургия, 1993. - 416 с.

105. Зюбан Н.А., Жульев С.И., Федянов Е.А. Моделирование процесса образования инокуляторов при вакуумной отливке слитков. / Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. 2002г. - №1 — С 14-18.

106. Борисов В.Т. Теория двухфазной зоны металлического слитка. — М.: Металлургия, 1987. — 224 с.

107. Ультразвуковой контроль поковок и кованных изделий с габаритными размерами от 100 мм и выше // SEP 1921. Карта контроля общества немецких металлургов, 1984г. 10 с.

108. Ш.Эскин Г.И. Ультразвук шагнул в металлургию. М.: Металлургия, 1975.-214 с.

109. Ежов А.А., Герасимов Л.П. Дефекты в металлах. /Справочник атлас.- М.: Русский университет, 2002. 360 с.

110. Горохов Л.С., Панкратов О.С., Левченко А.В., Глебов А.Г. Изучение особенностей образования сульфидной фазы в чистой стали. // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. — 2000 г. — №3.

111. Новиков И.И. Теория термической обработки металлов. М.: Металлургия, 1986.-480 с.

112. Червяков А.Н. Металлографическое определение включений в стали.

113. М.: Металлургиздат, 1953. 116с.

114. Пб.Нарита К. Кристаллическая структура и неметаллические включения в стали. Перевод с японского № 68400/1

115. Кащеев И.Д., Стрелов К.К. Испытания и контроль огнеупоров. М.: Интермет инжиниринг, 2003. - 285 с.

116. Копейкин В.А. Огнеупорные растворы на фосфатных связующих. -М.: Металлургия, 1989. 104с.

117. Леушин И.О., Бурмистров А.О. Противопригарные покрытия на основе металлофосфатных связующих. // Литейное производство. -2002г. №2 С. 14-16.

118. Валисовский И.В. Пригар на отливках. М.: Машиностроение, 1983. -192 с.

119. Филиппов С.И. Физико химические исследования металлургических процессов. - М.: Металлургия, 1968. — 551 с.

120. Лебедев В.Н., Коровина В.М., Варакин П.И. Крупные поковки для валов турбогенераторов. М.: Машиностроение, 1968. - 120 с.

121. Ковка крупных поковок. //Под ред. В.Н. Трубина, И.Я. Тарновского. -М. Свердловск: Машгиз, 1962. - 224 с.

122. Ефимов В.А. Кравченко JI.M. Методы создания компактной струи жидкой стали. // Проблемы стального слитка / Труды V конференции по слитку. М.: Металлургия, 1974. - 807 с.

123. УТВЕРЖДАЮ Генеральный директор ОАО «Инженсрны^дентр^Азот», д.т.н.у С.И. Жулье в, >> / // 2006 г.

124. Итого девятьсот семьдесят тысяч двести рублей

125. От предприятия ОАО «Инженерный центр «Азот» заместитель руководцт&ша-^о производству1. И.В.Юрченко

126. От предприятия баррикады» лург, к.т.н. В.И.Сергеев1. УТВЕРЖДАЮ Генеральный1. ОАО «Инженернсректор ентр <*Азот», д.т.н. С.И. Жульев 2006 г.1. ЖДАЮьный директор кады» данов 2006 г.

127. РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА фактического годового экономического эффекта от устранения повторных термических переработок

128. Предприятия осуществляющее ОАО «Инженерный центр «Азот»внедрение ФГУП ПО «Баррикады»1. Основные показатели

129. Наименование показателей Показатели Изменения -экономия ^увеличение

130. До внедрения После внедрения12 3 4

131. Годовой объем брака на расчетный год, т. 34,65 0 -34,65

132. Общий годовой экономический эффект, тыс. руб. — 1143,450 -1143,450

133. Возврат отходов, т 34,65 — —

134. Цена отходов, тыс. руб. 173,200 — + 173,200

135. Годовой экономический эффект, с учетом стоимости возвратной шихты, тыс. руб. — 970,200 —

136. Доля предприятия ФГУП ПО «Баррикады» 70 %