Результаты экспериментальных исследований
С целью определения влияния элементов силикомарганца на массовую долю серы в нем были проведены опытные плавки в печи Таммана. Заключались они в переплаве силикомарганца с добавлением сернокислого марганца, железа (углеродистой стали) и бесфосфористого шлака (46,7% Mn, 28,8% SiO2) для защиты сплава от окисления.
В экспериментах были использованы смеси с постоянными навесками силикомарганца (150г), шлака (50г) сернокислого марганца (10г) и переменной навеской железа от 0 (опыт №1), 10г (опыт №2) и до 25г (опыт №5) через каждые 5г.
Методика опытов заключалась в следующем. В графитовый тигель послойно помещались компоненты смесей. Вначале сернокислый марганец, затем силикомарганец, железо и сверху шлак. Смеси в печи Таммана нагревались до 1500○С и выдерживались при этой температуре в течение 15 минут.
Такая методика должна была обеспечивать восстановление сернокислого марганца по реакциям:
MnSO4 + 2[Si] = [MnS] + 2(SiO2); (2.3)
MnSO4 + 4C = [MnS] + 4CO; (2.4)
Попадание сульфида марганца в расплав силикомарганца и его сегрегацию в жидкой фазе. Введение железа в сплав обеспечивало понижение концентрации ведущих и сопутствующих элементов силикомарганца.
Химический состав сплавов, полученных в опытах, по анализам лаборатории НЗФ, ЗФЗ и УкрНИИспецстали, приведен в табл.2.2.
Таблица 2.2 Химический состав силикомарганца
| Предприятие | № проб | Компоненты, % | ||||||||||
| Mn | Si расчет) | Fe
| S | P | C | |||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | |||||
| НЗФ | 1 | 74,6 | (15,9) | 6,6 | 0,030 | 0,47 | 2,4 | |||||
| 2 | 71,0 | (14,7) | 11,8 | 0,033 | 0,46 | 2,4 | ||||||
| 3 | 68,4 | (13,9) | 14,2 | 0,030 | 0,46 | 2,3 | ||||||
| 4 | 66,7 | (13,4) | 17,1 | 0,024 | 0,45 | 2,2 | ||||||
| 5 | 64,5 | (12,7) | 18,9 | 0,030 | 0,44 | 2,2 | ||||||
| ЗФЗ | 1 | 75,3 | 15,4 | 6,2 | 0,11 | 0,48 | 2,3 | |||||
| 2 | 72,6 | 13,8 | 10,4 | 0,09 | 0,46 | 2,5 | ||||||
| 3 | 71,1 | 13,2 | 12,7 | 0,08 | 0,45 | 2,3 | ||||||
| 4 | 69,3 | 13,1 | 14,7 | 0,07 | 0,44 | 2,2 | ||||||
| 5 | 68,6 | 12,4 | 15,7 | 0,06 | 0,44 | 2,5 | ||||||
| УкрНИИспецсталь | 1 | 74,5 | 16,30 | 5,94 | 0,063 | 0,46 | 2,5 | |||||
| 2 | 70,0 | 15,12 | 11,31 | 0,058 | 0,46 | 2,3 | ||||||
| 3 | 68,3 | 14,32 | 14,08 | 0,042 | 0,45 | 2,3 | ||||||
| 4 | 66,7 | 14,07 | 17,13 | 0,035 | 0,44 | 2,2 | ||||||
| 5 | 64,8 | 13,63 | 19,20 | 0,024 | 0,44 | 2,3 | ||||||
| Исходный силикомарганец | ||||||||||||
| 72,8 | 18,4 | 6,72 | 0,021 | Ti0,09 | Ni0,04 | |||||||
Несмотря на некоторое расхождение анализов, полученные результаты позволяют заключить, что разбавление силикомарганца железом не приводит повышению массовой доли серы в сплаве. Напротив, наблюдается ее понижение с увеличением добавок железа. По усредненным значениям – от 0,068 (опыт №1) до 0,038% (опыт №5).
Из внимания можно исключить также никель, как элемент не образующий в сложных системах самостоятельных сульфидов.
Поэтому из трех элементов, обеспечивающих в двойных системах неограниченную смешиваемость в жидком состоянии с сульфидами (см.рис.2.3-2.5), особое внимание заслуживает титан.
|
|
|
В сталях, содержащих титан, сера представлена преимущественно сульфидами марганца и титана [27]. При содержании 0,05% титана в начале выделяется сульфид (Mn,Ti)S. Его взаимодействие с компонентами стали приводит к появлению фаз Ti(N,C)TiS4 и Ti4C2S2 или (Ti,Mn,Fe)4C2S2, которые выделяются в виде оболочек вокруг сульфидов марганца [28].
Вполне вероятно, что аналогичные комплексные образования карбосульфидов формируются в силикомарганце. При этом марганцевая основа сплава может вносить существенные изменения в эти комплексные соединения.
Рентгеноструктурные исследования опытных сплавов
Исследование образцов сплавов проводили методом рентгеноструктурного микроанализа на приборе МS-46. Распределения элементов определялось по записи концентрационных кривых интенсивности характеристического излучения Fe, Mn, Si, Ti, Ca, Al и S при линейном сканировании зонда через включения размером более 10 мкм или в точке при размерах включений менее 10мкм.
Были исследованы исходный силикомарганец и 5 опытных сплавов. Микроструктура образцов приведена на рис.2.6-2.11. Сера в сплавах представлена включениями. Основной тип включений – сульфиды марганца и карбиды титана, находящиеся в непосредственной близости. Причем карбиды титана служат своеобразной подложкой для формирования сульфидов марганца.
|
|
|
Кроме этих включений, встречаются кальцевые силикаты типа хCaO∙ySiO2 с оболочкой из MnS, в состав которой в виде рассыпей входят карбиды титана.
Отличие микроструктуры сплавов друг от друга заключается в основном в размерах включений. В исходном силикомарганце они не превышают 2-5 мкм, в первом опытном сплаве увеличиваются до 10 мкм, в пятом – достигают 20 мкм. Обусловлено такое поведение включений понижением температуры плавления сплава при разбавлении его железом и, следовательно, повышенной степенью его перегрева при температуре выдержки. Это обеспечивало лучшие условия для коалесценции вкючений.
Общей закономерностью микроструктуры всех исследованных сплавов является то, что в структуре сульфида марганца не обнаружено присутствие других элементов.
Для пояснения полученных результатов можно предположить следующую схему взаимодействий. В жидком силикомарганце формируется сложный карбосульфид марганца и титана (Ti,Mn)4C2S2, при кристаллизации которого происходит переориентация углерода к титану, а марганца к сере. Причины, препятствующие разделению этого сложного соединения и выделению серы из сплава заключается, по-видимому, в интерметалидных связях типа TiMn2 или TiMn.
|
|
|
Дата добавления: 2019-07-15; просмотров: 125; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!