La relación entre las grietas de la fundición de acero y las inclusiones en el acero

Hora de publicación: 06 / 17 2021 Autor: Editor del sitio Visita: 12077

Las inclusiones generadas durante el proceso de fundición del acero fundido son una de las causas importantes de fisuras en las fundiciones de acero. Para reducir las inclusiones en el acero fundido, durante el proceso de fundición, es necesario fortalecer las operaciones de fundición como desoxidación, desulfuración, remoción de impurezas y desgasificación, y tomar las medidas necesarias en la cuchara detrás del horno, como agregar tierras raras, etc. La forma de las inclusiones puede reducir la existencia de inclusiones y eliminar mejor las grietas de las fundiciones de acero.

1 Tipos y causas de inclusiones en acero.

Las inclusiones en acero se refieren principalmente a inclusiones no metálicas en acero. Generalmente se cree que las inclusiones no metálicas en el acero a menudo existen en las siguientes formas: óxidos: FeO, Fe2 O3, M nO, Al2 O3, SiO2, M gO, etc. Sulfuros: M nS, FeS, etc .; Silicatos: FeSiO 4, M nSiO 4, FeO · Al2 O3 · SiO2, etc .; Nitruros: AlN, Si3 N 4 y así sucesivamente.

Las inclusiones no metálicas en el acero provienen de dos aspectos: primero, se generan durante el proceso de fundición, es decir, los productos de desoxidación de las ferroaleaciones se agregan durante el roscado y los productos de oxidación secundaria del acero fundido y el aire durante el proceso de fundición, que son llamadas inclusiones endógenas. Tales inclusiones son generalmente partículas finas y uniformemente distribuidas en el acero; en segundo lugar, se traen desde el exterior por diversas razones, denominadas inclusiones extrañas. Tales inclusiones son a menudo de forma irregular, de gran tamaño y distribuidas de manera desigual, lo que es la causa de las grietas. La principal razón es que es más dañino para el acero.

Las inclusiones endógenas se producen principalmente en las siguientes situaciones:

①Durante el proceso de fundición, los productos de desoxidación no se eliminaron por completo, o la temperatura bajó durante el proceso de vertido, y los productos de desoxidación generados por la reacción continua no tuvieron tiempo de flotar y permanecer en el acero fundido. Algunos de ellos existen en la estructura de la matriz del acero como partículas pequeñas, y algunos luego se agregan en partículas grandes de Al2O3), y algunos existen en el acero en un estado de solución sólida (como M nO, F eO);
②En el proceso de roscado y vertido, el acero fundido se oxida en contacto con el aire y el oxígeno y el acero. Los elementos intermedios se combinan para formar óxidos secundarios y permanecer en el acero fundido; durante la solidificación del acero fundido, finalmente se precipitan FeS, FeO, etc. de bajo punto de fusión en los límites de grano y entre las dendritas debido a la “cristalización selectiva” del acero fundido.

Inclusiones extrañas: Este tipo de inclusiones están involucradas principalmente en la arena, escorias y escorias de moho que traen las materias primas. Los materiales refractarios del sistema de vertido son limpiados y erosionados por el acero fundido. Se retienen en el acero fundido y en su mayoría son inclusiones de partículas grandes. Cosas.

Las inclusiones no metálicas se disuelven en el acero fundido a altas temperaturas, o existen solas en el acero fundido, pero a medida que la temperatura desciende y la composición, la presión del gas y otras condiciones cambian, las inclusiones originales disueltas en el acero fundido serán Las fases independientes se separan y se acumulan en los límites del grano durante el proceso de cristalización, y se convierten en las pequeñas unidades que cortan la conexión entre la matriz de acero fundido y forman la fuente inicial de grietas, formando así posibles grietas.

2 La relación entre las inclusiones principales y las grietas del acero fundido y las medidas para reducir

Entre las inclusiones no metálicas, la principal causa de grietas en las piezas de acero son las inclusiones de sulfuro y, a menudo, interactúa con otros factores para aumentar la tendencia de las piezas de acero a agrietarse. En el acero fundido, las inclusiones de sulfuro se dividen en tres categorías:

Tipo Ⅰ-esférico;
Tipo película intercristalina de cadena de Ⅱ puntos;
Escriba Ⅲ-ángulo agudo distribuido aleatoriamente.
Entre ellas, las inclusiones de tipo II son las más dañinas para el acero, seguidas por las de tipo III, y las de tipo I son las menos.

Las inclusiones de sulfuro están relacionadas con el grado de desoxidación del acero y la cantidad de aluminio residual en el acero. Cuando la cantidad de solución sólida de aluminio es baja y el residuo de oxígeno es pequeño, se pueden obtener inclusiones de Tipo I.

El desoxidante tiene una gran influencia en la formación de inclusiones y el rendimiento del acero. El efecto desoxidante del desoxidante compuesto es mejor que el de un desoxidante simple. Esto se debe a que las inclusiones formadas por el desoxidante compuesto son más grandes, y son fáciles de flotar y eliminar. Si el acero fundido está insuficientemente desoxidado, es probable que se produzcan defectos de poros y es probable que se produzcan grietas en las piezas de acero fundido. Sin embargo, la cantidad de aluminio utilizada para la desoxidación final es suficiente para la desoxidación y no hay residuos. El contenido de solución sólida de aluminio es bajo y el oxígeno residual es pequeño, lo que producirá inclusiones de tipo II. Generalmente, si se usa un exceso de aluminio para la desoxidación, se obtendrán inclusiones de tipo III. Vale la pena señalar que si se usa un exceso de aluminio, se formarán más inclusiones de nitruro de aluminio y se precipitarán a lo largo de los límites del grano, lo que provocará fracturas frágiles "similares a rocas" y deteriorará el rendimiento del acero. Por lo tanto, no es razonable utilizar un exceso de aluminio para la desoxidación. La cantidad de aluminio añadido durante la fabricación de acero y la cantidad de aluminio residual en el acero no pueden ser ni demasiado bajas ni demasiado altas.

La desoxidación con aluminio es un método ampliamente utilizado para la desoxidación del acero. En la producción industrial se utilizan generalmente dos tipos de procesos de desoxidación, uno es el proceso de desoxidación del aluminio y el otro es el proceso de desoxidación controlada del aluminio. La primera es utilizar aluminio para eliminar completamente el oxígeno disuelto en el acero y luego eliminar tantas inclusiones de Al2O3 como sea posible mediante varios métodos de agitación; el último es utilizar solo silicomanganeso para la desoxidación gruesa y controlar estrictamente el aluminio y el aluminio en el acero. Contenido de calcio para controlar la composición, naturaleza y morfología de las inclusiones de óxidos precipitados en el acero. La tasa de desoxidación primaria del primero es superior a 90 y el producto de desoxidación es principalmente Al2O3; la cantidad de productos de desoxidación precipitados por la última desoxidación se reduce en gran medida, y el producto de desoxidación primario es principalmente SiO2.

Las inclusiones extrañas se pueden eliminar según su origen tomando las medidas correspondientes, mientras que las inclusiones endógenas deben ser controladas por la nueva tecnología de proceso de desoxidación y proceso de tratamiento de calcio.

Durante el refinado con cuchara, soplar más y más pequeñas burbujas de argón en el acero fundido es beneficioso para la eliminación de los primeros productos de desoxidación.

Para eliminar mejor las inclusiones en el acero y reducir las grietas, la operación de fundición toma las siguientes medidas.

(1) Prepare bien las materias primas para evitar inclusiones extrañas.
(2) Adoptar procesos razonables de fabricación de acero: como adoptar procesos razonables de distribución de energía y soplado de oxígeno, garantizar una cierta velocidad de descarburación para hacer que las inclusiones floten y mantener buenas condiciones del horno.
(3) Utilice un desoxidante compuesto en lugar de un desoxidante simple.
(4) Se agregan tierras raras a la cuchara detrás del horno para cambiar la forma de las inclusiones y reducir las inclusiones para reducir la tendencia de las piezas de acero fundido a agrietarse y aumentar la fluidez del acero fundido.
(5) A fin de facilitar la eliminación de las inclusiones, además de garantizar una temperatura suficiente del acero fundido, el acero fundido debe colocarse correctamente en la cuchara después del roscado.

Además, el uso de materiales refractarios de alta calidad para asegurar que el sistema de vertido esté limpio o el uso de filtros también son medidas importantes para reducir las inclusiones.

3 Tratamiento de modificación de compuestos de tierras raras para eliminar inclusiones en acero y métodos de adición

La adición de tierras raras tiene un buen efecto en la eliminación de inclusiones en el acero. Las tierras raras se utilizan principalmente para controlar el sulfuro en el acero y pueden desoxidar y desulfurar.

En la condición de fundición, las inclusiones de M nS en el acero son elípticas o aproximadamente circulares. Las inclusiones elípticas más grandes son inclusiones compuestas formadas por M nO como núcleo y la capa exterior rodeada por M nS o M nSO. Después de agregar la tierra rara, la distribución y composición de las inclusiones fundidas han cambiado, y las inclusiones de MnS se reemplazan por inclusiones de tierras raras finas y dispersas aproximadamente esféricas. Para reducir bien las tierras raras, los óxidos de tierras raras deben mezclarse con agentes reductores fuertes (Ca-Si, Ca-B) y luego agregarse al acero fundido, para que desempeñen el papel de tratamiento de modificación. Con un tratamiento de modificación adecuado, las inclusiones de sulfuro pueden formar inclusiones esféricas con un alto punto de fusión, baja plasticidad y propiedades termodinámicas estables. Se puede decir que las tierras raras y el calcio son buenos desulfurantes y buenos modificadores de las inclusiones de sulfuro. El uso del tratamiento compuesto RE-Ca puede desoxidar, desulfurar, purificar y deteriorar mejor, controlar la forma y distribución de las inclusiones no metálicas y mejorar las propiedades mecánicas integrales del acero fundido de baja aleación.

Con el fin de explorar más a fondo el efecto de las tierras raras en las propiedades del acero fundido, se probó el uso de un tratamiento de modificación de compuestos de tierras raras en acero ZG 35CrM o. El grado de aleación de tierras raras utilizado es YX 20, que contiene 20.53 RE, 40.95 Si; Composición de Si-Ca Contiene 26.45 Ca y 57.07 Si.

El tratamiento compuesto adopta el método de agregar en la cuchara. Cuando se agrega la tierra rara, el acero fundido debe desoxidarse por completo para evitar que se queme cuando se agrega la tierra rara y para evitar que reaccione con el refractario de la cuchara. Las tierras raras deben hornearse bien antes de agregarlas. El método específico consiste en determinar la cantidad de RE y Si-Ca según la cantidad de acero fundido en la cuchara y la cantidad de azufre que contiene, romper RE y Si-Ca en trozos pequeños y mezclarlos uniformemente, cubrirlos con láminas de hierro. e inserte rápidamente aluminio para la desoxidación final. El acero fundido después de la escoria se agita constantemente, y la temperatura de tratamiento se mantiene dentro del rango de 1 600 ～ 1 650 ℃, luego se retira la escoria y se deja reposar durante 1 a 2 minutos para verter.

De acuerdo con diferentes tasas de recuperación, se controla el valor apropiado de RE / S para el contenido residual de tierras raras y azufre en el acero fundido para obtener un buen efecto de deterioro. Los estudios han demostrado que cuando RE / S ≈3, las inclusiones de M nS pueden deteriorarse por completo; cuando RE / S <3, solo se puede lograr un deterioro parcial; cuando S ≈0.02 en acero, RE / S = 1.8 ～ El efecto de deterioro es mejor cuando 2.5 horas.

La función del tratamiento de modificación de compuestos de tierras raras es principalmente purificar el acero fundido y controlar la forma de las inclusiones, reducir las inclusiones y, al mismo tiempo, eliminar la estructura de Widmanstatten, refinar los granos y las microaleaciones. Es decir, después de agregar el agente compuesto de tierras raras, no solo se puede desoxidar y desulfurar, sino que también cuando RE / S ≥3 ～ 6, MnS se convertirá en inclusiones esféricas, reduciendo así el daño del azufre y previniendo o reduciendo el agrietamiento en caliente. Las tierras raras son eficaces para cambiar las inclusiones en el acero fundido. La forma del objeto reduce las grietas y el efecto es obvio.

Los engranajes producidos con acero ZG 35C rM o tienen una alta tasa de desperdicio antes del tratamiento de modificación del compuesto, pero después del tratamiento de modificación del compuesto, la tasa de desperdicio se reduce en más del 40%, lo que ha logrado resultados obvios y buenos beneficios económicos.

Conclusión 4

(1) Las inclusiones en el acero fundido son una de las principales causas de grietas en el acero fundido. Las diferentes inclusiones tienen diferentes formas de producir grietas.
(2) Para reducir las inclusiones no metálicas en el acero fundido y prevenir las grietas en las piezas de acero fundido, es necesario hacer un buen trabajo en los aspectos de preparación de la materia prima, proceso de fundición, operación de desoxidación, reposo de la cuchara y tratamiento de modificación.
(3) El uso de modificadores combinados de tierras raras y calcio para la modificación compuesta del acero fundido es un método eficaz para reducir las inclusiones no metálicas en el acero fundido, cambiar su forma y reducir las grietas en las piezas fundidas de acero.

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