Влияние малых добавок церия и силикокальция на литейные и механические свойства углеродистых, низколегированных, хромистых и хромоникелевых сталей

Эффективность применения ферроцерия и силикокальция зависит от многочисленных факторов, строгая стандартизация которых в производственных условиях практически недостижима. Поэтому успешное внедрение их может быть при условии определения главных качественных показателей основных видов литья, улучшающихся стабильно и существенно.

Склонность к пленообразованию при разливке — одно из наиболее отрицательных физико-химических свойств высоколегированных, хромистых и хромоникелевых сталей. Поэтому изучали влияние добавок силикокальция и ферроцерия на интенсивность этого процесса. О склонности стали к пленообразованию судили по длине расслоения двух встречных потоков металла, образующихся при заливке специально разработанной пробы. Металл заливали при 1560—1590° С.

Результаты исследований показали, что добавка как силикокальция, так и ферроцерия существенно уменьшает пленообразование (рис. 1).

Опытно-промышленная проверка, выполненная при литье рабочих колес, питательных насосов из стали 2Х13Л и специальной арматуры из стали Х18Н9ТЛ, показала, что наиболее эффективной является совместная добавка силикокальция (0,15% Са) и ферроцерия (0,3% Се). Такая обработка нержавеющих сталей практически полностью устраняет грубые скопления неметаллических включений по границам кристаллитов, которые образуются при попадании в металл плен.

Весьма устойчивым является также влияние добавки 0,3% Се на распределение сульфидных включений. В этом случае в основном отмечается равномерное распределение сульфидов. Однако следует отметить, что при вводе ферроцерия в ковш небольшой емкости (50—200 кг) в верхней части толстостенных отливок скапливаются сульфиды церия, поэтому применять церий при производстве массивного литья следует осторожно. Что же касается большой номенклатуры отливок с толщиной стенок до 60—80 мм, то для них оказывается эффективным увеличение продолжительности выдержки металла в жидком состоянии. Поэтому при выплавке металла в индукционных и дуговых печах емкостью до 2—3 т, применяемых в литейных цехах, наиболее рационально вводить церий в печь за 1—2 мин до выпуска металла.

Существенное уменьшение дефектности отливок по горячим трещинам, а также заметное повышение пластических свойств и ударной вязкости стали — результат устранения плен и более благоприятного расположения сульфидных включений (рис. 2).

В то же время влияние добавок силикокальция и ферроцерия на содержание газов, первичную макроструктуру и условия питания отливок является нестабильным и менее существенным.

Несмотря на дефицитность и относительно высокую стоимость ферроцерия, в ряде случаев его целесообразно применять при производстве ответственного литья из углеродистых и низколегированных сталей. Добавки силикокальция и ферроцерия существенно понижают склонность этих сталей к образованию горячих трещин (рис. 3 и 4).

Причина этого заключается в положительном влиянии, которое они оказывают на распределение сульфидных включений и величину первичного зерна. Экстремальный характер зависимости от добавок ферроцерия связан с тем, что добавка ферроцерия >0,2% значительно укрупняет зерна макроструктуры.

Эффективность применения силикокальция и ферроцерия при литье углеродистых и низколегированных сталей была проверена при производстве ступиц и зубчатых колес весом до 5 г из стали 25-45Л и паротурбинных отливок весом до 22 г из сталей 20ХМФЛ и 15Х1М1ФЛ. Результаты показали, что добавки силикокальция (2 кг/т) и ферроцерия (2 кг/т) практически полностью устраняют трещинообразование на отливках ступиц и зубчатых колес, уменьшают дефекты по горячим трещинам на паротурбинном литье (рис 5), при этом пластические свойства сталей повышаются на 15-20%.

Таким образом, наиболее высокий технико-экономический эффект от применения силикокальция и ферроцерия может быть достигнут там, где отмечается повышенная дефектность отливок по пленам и горячим трещинам.