РАЗДЕЛ 2
Материалы и методики исследования
2.1. Общие методологические положения работы
В соответствии с целью и задачами настоящей работы объектами исследований
служили доэвтектические и эвтектические чугуны (белые, половинчатые и серые)
доменной, ваграночной, мартеновской и электропечной плавки, применяемые для
литья деталей металлургического оборудования: прокатных валков, изложниц,
багерных насосов и др. Экспериментальные исследования проводили на чугунах,
выплавленных в печах ЛПЗ-67 и МГП-52 с кислой футеровкой, в керамических
тиглях, помещенных в закалочный индуктор печи, а также в печи Таммана. Чугуны с
различным содержанием легирующих элементов получали фракционным методом,
начиная с малых добавок. Легирование осуществляли в печи, модифицирование
проводили ковшовым или внутриформенным способом.
При проведении лабораторных исследований использовали разработанные матрицы
планирования эксперимента с целью обеспечения высокой точности химического
состава чугуна. в сериях плавок, проводимых в закалочном индукторе печи ЛПЗ-67
и печи Таммана, в качестве шихты использовали прутки из базового чугуна,
выплавленного в основном тигле печи ЛПЗ-67. Шихтой для базового чугуна служило
армко-железо. Состав базового чугуна приведен в табл. 2.1.
Таблица 2.1
Химический состав базового чугуна для лабораторных плавок (мас. %)
Si
Mn
Cr
Ni
Cu
Ti
Mo
Al
2,80
0,01
0,03
0,03
0,04
Для дошихтовки использовались спектрально чистый реакторный графит,
армко-железо, полупроводниковый кремний, металлические хром, никель, марганец,
медь, титан, ванадий и молибден. Все составляющие шихты при проведении
лабораторных плавок в закалочном индукторе печи ЛПЗ-67 и печи Таммана
взвешивались с точностью ±50 мг. Контроль температуры производили при помощи
платино-платинородиевой термопары и потенциометра КСП-4, что обеспечивало
точность ее измерения ±5°С.
Опытно-промышленные плавки и освоение разработанных технологических процессов
проводили на Кушвинском заводе прокатных валков, Лутугинском объединении
прокатных валков, «Днепротяжмаш», Нижнеднепровском трубопрокатном заводе,
«Днепровском металлургическом комбинате им. Дзержинского» и Днепропетровском
станкостроительном производственном объединении. В качестве основных шихтовых
материалов при проведении промышленных экспериментов применяли чушковые чугуны,
лом чугунный, лом валков, лом стальной и ферросплавы, химический состав которых
приведен в табл.2.2.
Таблица 2.2
Шихтовые материалы для промышленных плавок
Наименование
шихтованных
материалов
Марка
Содержание химических элементов, в %
Si
Mn
Cr
Ni
Не более
Чугун валковый
ВК1,
ВК2
4,0…
4,1
0,2…
1,0
0,2…
0,6
0,40
0,03
Чугун литейный
ПЛ1,
ПЛ2
3,7…
4,1
0,0…
0,02
0,0…
0,06
0,08
0,05
0,0…
0,03
0,08...
0,014
0,01…
0,03
Лом магниевых
валков
3,0…
3,8
1,4…
2,5
0,4…
0,7
0,25
0,03
0,2…
0,6
0,7…
1,4
0,02…
0,2
Лом хромникелевых валков
2,8…
3,4
0,6…
1,0
0,5…
0,8
0,4
0,12
0,6…
1,1
0,7…
2,2
0,02…
0,2
Стальной лом
А-1
0,1…
0,3
0,2…
0,6
0,2…
0,45
0,1
0,06
Стружка от валков
2,8…
3,4
0,6…
1,0
0,5…
0,8
0,4
0,12
0,6…
1,1
0,7…
2,2
0,01…
0,2
Ферросилиций
ФС75
74…
80
0,4…
0,6
0,05
0,03
Ферромарганец
ФМп75
7,0
2,0
75
0,45
0,03
Феррохром
ФХ800А
8,0
2,0
0,05
0,06
65
Феррохром
азотированный
ФХН100А
0,06
1,0
0,02
0,03
60
1,0
Испытание двухслойных прокатных валков, отлитых по разработанным технологиям,
проводили на Мариупольском, Череповецком, Магнитогорском и Карагандинском
металлургических комбинатах. Испытание партий изложниц проводили в
сталеплавильных цехах тех же предприятий, где их отливали.
Особенности выплавки чугуна и литья различных деталей оборудования, способы
получения модификаторов и ввода их в расплав, методики проведения исследований
по оптимизации химического состава и параметров модифицирования приведены в
соответствующих разделах, поэтому в последующих подразделах даны лишь общие или
стандартные методики исследования, использованные при выполнении работы.
2.2. Методики исследования химического состава, структуры и физико-механических
свойств чугуна
Содержание элементов, кроме бора и азота, определяли химическим методом в
соответствии с ГОСТ [154]. Содержание бора определяли на спектографе ИСП-28-30,
азота – методом Кьельдаля [155]. Экспресс-анализ состава промышленных плавок
осуществляли на квантометре «Поливак Е-600».
Макроструктуру чугунов оценивали по соотношению макроструктурных зон [56] в
изломе технологических проб на отбел. Измерение глубины чистого отбела
осуществляли до первых трех серых точек, а общего – до последней белой точки в
изломе технологической пробы. Для более точного определения глубины отбела
пробы подвергали шлифованию, полированию и травлению.
Исследование микроструктуры производили на оптических микроскопах ММУ, МИМ-8М и
«Неофот». Для подсчета количества структурных составляющих использовали метод
А.А. Глаголева [156]. Дисперсность перлита оценивали по ГОСТ [157], степень его
анормальности, критерием которого является толщина ферритной каймы вокруг
перлитных участков, по шкалам эталонов микроструктуры [158], а форму графита
определяли по методике [159]. Для оценки фактора формы графита в структуре
валков больших промышленных партий использовали специальную эталонную шкалу
[159], определение размеров включений графита производили с помощью
окуляр-микрометра.
Для исследования влияния химических элементов на дендритную структуру чугуна
отливали цилиндрические пробы в массивный