РАЗДЕЛ 2
МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1. Исследуемые материалы
Стали мартенситного класса 3Х3М3БЦА-Ш, 25Х3М3НБЦА-Ш, 3Х3М3-Ш, 4Х5МФСА-Ш,
3Х3М3Ф-Ш выплавляли в соответствии с требованиями соответствующих ГОСТов и ТУ,
в условиях ПО "Ижсталь", г. Ижевск.
Сталь 25Х3М3НБЦА-Ш выплавляли с использованием обычной и первородной шихты в
дуговой электропечи ДСП-25 емкостью 25 т. В качестве первородной шихты
использовали непрерывно-литые слитки размерами 300х360х1000 мм стали 20ПВ
производства Старо-Оскольского электрометаллургического комбината. Сталь 20ПВ
выплавляется на ОЭМК по бездоменной технологии (из восстановленных железорудных
окатышей) и отличается весьма низким содержанием вредных и цветных примесей.
Кроме того, при производстве стали 25Х3М3НБЦА-Ш использовались пакеты
углеродистого листового железа (отходы автопроизводства - 14 %) и 4-5 % шихты
составляли ферросплавы, в том числе расход силикоциркония составлял 3 кг/т при
1620°С.
Разливка исследуемых сталей осуществлялась на машине полунепрерывного литья в
кристаллизатор сечением 370х370 мм с получением электродов для электрошлакового
переплава. Схема разрезки металла, закристаллизованного в машине
полунепрерывного литья заготовок, на электроды ЭШП и вырезки плит для
исследования показаны на рис.2.1.
Электрошлаковый переплав проводили на печах ОКБ-1155А в стационарный
кристаллизатор сечением 480х480 мм. В качестве рафинирующего флюса
использовалась смесь АНФ-6 с добавками силикокальция СКЗО (ГОСТ 4762-71),
ферросиликоциркония FеЦр45 (ГУН 883-87) в количествах 0,1 и 0,2 кг
соответственно. Масса слитков ЭШП составляла 3,5 т.
Рис. 2.1. Схемы разрезки металла, закристаллизованного в машине
полунепрерывного литья заготовок (МНЛЗ), на электроды ЭШП и вырезки плит для
исследования:
а – схема разрезки электродов МНЛЗ на электроды ЭШП;
б – схема вырезки плит для исследования
Для исследования влияния различных скоростей ЭШП на структуру металла по
схеме, указанной на рис. 2.1, б, вырезали поперечные плиты, а также образцы из
них в центре слитка, на расстоянии половины радиуса и на периферии.
Слитки ЭШП подвергали прокатке по стандартной технологии сначала на стане
"Блюминг", затем на сортовом стане "450" на круг диаметром 90 мм. Режимы
термообработки прокатанных заготовок стали 25ХЗМЗНБЦА-Ш представлены на
рис.2.2. Схема вырезки заготовок для изготовления поперечных разрывных образцов
для определения ударной вязкости представлена на рис. 2.3. Режим термической
обработки образцов для механических испытаний представлен на рис.2.4.
Поперечные образцы на разрыв испытывали при температуре 20°С на универсальной
машине 1958У-10-1 в соответствии c ГОСТ 1497-84 тип Ш, № 7, lо= 5 dо. Ударную
вязкость при 20 °С и - 60 °С определяли при испытании на маятниковом копре
МК-10 (запас энергии 10) с надрезом типа U.
В качестве исходного материала для исследования кристаллизации сталей
использовали горячекатаную сталь.
Химический состав образцов исследуемых сталей удовлетворял требованиям
соответствующих стандартов, технических условий и приведен в таблице 2.1.
Содержание газов в металле после ЭШП определяли методом плавления в вакууме,
оно составляло N2 - не более 0,006 %, О2 - около 0,004 %, Н2 - около 0,0004 %.
2.2. Исследование высокотемпературных фазовых превращений
методом закалки из твердожидкого состояния
Из горячекатаного металла вырезали образцы размером 3х3х3 мм и помещали в
установку для закалки из твердожидкого состояния, подробно описанную в работе /
63 /. После откачки на высокий вакуум образцы нагревали в атмосфере проточного
аргона высокой чистоты до температуры 1570 °С, обеспечивавшей их полное
расплавление. После 10-минутной выдержки расплав кристаллизовали в условиях
строго контролируемой скорости теплоотвода, которую выбирали в соответствии с
минимальной скоростью охлаждения металла в
Рис. 2.2. Режимы термической обработки прокатанных заготовок из стали
25Х3М3НБЦА-Ш:
а – отжиг предварительный после проката на стане «450»;
б – закалка в проточную воду;
в – предварительный отпуск для правки;
г – окончательный отпуск на свойства
Рис. 2.3. Схема вырезки заготовок для изготовления поперечных разрывных
образцов и образцов для испытаний на ударную вязкость
Рис. 2.4. Режим термической обработки образцов для механических испытаний
слитке, при производительности ЭШП 800 кг/ч. При достижении выбранной
температуры образец сбрасывали в закалочную ванну, заполненную 10% раствором
поваренной соли. Термическая схема эксперимента приведена на рис.2.5.
При исследовании структурных превращений, происходящих в твердожидком
состоянии, устанавливали температурные интервалы реакций, протекающих в
процессе кристаллизации, определяли количество и состав основных структурных
составляющих. На основании полученных данных делали заключение о механизме
кристаллизации различных исследуемых сталей.
Образцы подвергали количественному металлографическому и
микрорентгеноспектральному анализу с определением величины аустенитного зерна,
количества остаточного d-феррита и коэффициентов дендритной ликвации легирующих
элементов.
2.3. Исследование влияния температуры перегрева и скорости охлаждения расплава
на процессы структурообразования в теплостойких сталях
Исследования влияния температуры нагрева жидкого металла на структуру сталей
осуществляли на установке подробно описанной в работе /63/ при фиксированной
скорости охлаждения при затвердевании в установке для закалки из твердожидкого
состояния. Аналогично исследовали влияние с