Рафинирование и модифицирование стали комплексными стронцийсодержащими сплавами

В первой главе приведен литературный обзор и критический анализ суще-
ствующих технологий рафинирования и модифицирования стали с применением феррокальция (ФК) и силикокальция (СК). Отмечено, что наиболее часто приме- няется следующая технологическая схема: выплавка металла в печном агрегате, доводка его по химическому составу, раскисление алюминием, модифицирование ФК или СК. Эффективность воздействия кальция на металл, раскисленный алю- минием зависит от большого количества факторов, а именно: температуры обра- ботки, длительности и последовательности технологических операций, степени окисленности металла и шлака, содержания серы и т.д. Необходимо учитывать ка- чество кальцийсодержащего материала, степень его окисленности и гидратиро- ванности. Технологи в условиях реального производства вынуждены решать сложную многофакторную задачу. Также рассмотрен и проанализирован про- мышленный и экспериментальный опыт применения комплексных модификато-
ров, содержащих наряду с кальцием Ba и/или Sr. Анализ промышленного исполь- зования сплавов с ЩЗМ показывает, что комплексные сплавы в процессе рафини- рования и модифицирования стали более эффективны по сравнению с ФК и СК.
Выполнен сопоставительный анализ различных способов производства комплексных сплавов для рафинирования и модифицирования стали.
На основании проведенного анализа сформулирована актуальность, цель и задачи работы.
Во второй главе диссертации рассмотрены физико-химические особенно- сти рафинирования и модифицирования стали сплавами с ЩЗМ. Предложена классификация II группы периодической системы Д.И. Менделеева на подгруппы Be-Mg, Ca-Sr, Ba-Ra. Различные области применения этих элементов обусловли- ваются различием физико-химических свойств ЩЗМ и их соединений. Подробно рассмотрены физико-химические свойства ЩЗМ, сплавы которых находят приме- нение при внепечной обработке стали. Отмечено, что Ca и Sr имеют ярко выра- женные отличия от Ba: так, при температуре обработки стали Ca и Sr находятся в газообразном состоянии, а Ba – в жидком. При комплексном использовании Ca, Ba и Sr можно ожидать, что они будут дополнять друг друга. Подбором соотношения Ca, Sr и Ba можно добиться оптимальных величин парциального давления насы- щенных паров на границе ЩЗМ/расплав, что облегчает взаимодействие с раство- ренными в жидком металле примесями.
Для оценки раскисляющей и модифицирующей способности ЩЗМ большое значение имеют физическая активность, характеризуемая величиной потенциала ионизации атома и химическая активность, характеризуемая теплотой образования оксида. Химическая активность в ряду Ca, Sr, Ba снижается, тогда как физическая – возрастает. Для эффективного рафинирования расплава целесообразно сочетать элементы с высокой физической и химической активностью.
Показано, что Sr и Ba не только участвует в раскислении и модифицирова- нии стали, но, вследствие их повышенной физической активности, повышают ус- воение Ca. Растворенный в металле кальций может играть роль микролегирующе- го элемента, а также оказывать рафинирующее и модифицирующее воздействие на поздних стадиях охлаждения и кристаллизации металла. Кроме того, положи- тельный эффект обработки комплексными сплавами с ЩЗМ объясняется глубоким
раскислением металла, созданием благоприятных условий для формирования и удаления из расплава легкоплавких оксидных соединений.
Известно, что модифицирующий эффект усиливается по мере снижения растворимости элемента в обрабатываемом расплаве. Согласно эксперименталь- ным данным растворимость ЩЗМ в железе последовательно уменьшается в ряду Ca – Sr – Ba и составляет для Ca – 7,82⸱10-2; Sr – 1,78⸱10-3 и Ba – 1,22⸱10-4 % (ат.). При разработке технологий применения ЩЗМ для рафинирующей и модифици- рующей обработки стали необходимо учитывать низкую растворимость этих эле- ментов в стали.
Ряд исследователей полагает, что активность водорода у фронта кристалли- зации стали может быть снижена за счет образования относительно устойчивых гидридов МеН2, МеН3. Определена температура устойчивых гидридов ЩЗМ. Тем- пература начала разложения гидридов Ca, Sr и Ba составляет соответственно 1140, 1060, 1090oС, Ce и La – 1110oС. Повышенная по сравнению с ЩЗМ растворимость Ce и La в твердом железе позволяет использовать эти элементы для уменьшения вредного влияния диффузионного водорода, насыщающего сталь в процессе экс- плуатации металлоизделий в агрессивных средах, а применение ЩЗМ позволяет предотвратить окисление Ce и La.
Экспериментально изучены процессы восстановления Sr и Ba из сульфатов углеродом чугуна. Полученные данные позволяют предположить, что высокая скорость нагревания смеси SrSO4 – C позволит повысить извлечение Sr из суль- фатного сырья. Производство комплексных сплавов с ЩЗМ с микрокристалличе- ской структурой серии INSTEEL® для внепечной обработки стали освоено на предприятии ООО НПП Технология.
В третьей главе приведены результаты термодинамических исследований фазовых равновесий в системах, характерных для процесса модифицирования и рафинирования стали стронцийсодержащими сплавами.
Выполнен термодинамический анализ раскислительной способности строн- ция в присутствии активных элементов, применяемых для рафинирования и мо- дифицирования стали. Использована методика построения диаграмм состояния, позволяющая связать равновесные составы жидкого металла с образующимися неметаллическими фазами и провести расчет координат поверхности растворимо-
сти компонентов в металле (ПРКМ). Системные сведения о таких фазовых равно- весиях отсутствуют в научной литературе.
Кратко методику моделирования оксидных систем можно описать следую- щим образом. Согласно используемым алгоритмам расчет опирается на экспери- ментальные данные по координатам характерных точек фазовых диаграмм (из представленных в литературе). С учетом этих данных подбираются параметры выбранной для расчета термодинамической модели, и далее просчитывается пол- ностью вся линия или поверхность ликвидус исследуемой системы.
Рассмотрены различные стронцийсодержащие системы, образующиеся в процессе рафинирования стали.
Система Fe–Sr–Si–C–O
Результаты моделирования фазовых равновесий системы Fe-Si-Sr-O приве- дены на рис. 1, системы Fe-Si-Sr-O-C – на рис. 2.
Определены составы жидкого металла, в равновесии с которым в качестве продукта раскисления находятся: область I – жидкие оксидные НВ переменного состава (FeO, SrO, SiO2); II – SiO2ТВ; III – SrOТВ; IV– Sr2SiO4; V –SrSiO3, VI – газо- вая фаза {Sr}, VII – {CO, CO2, Sr} с преобладанием {CO}, VIII –{Sr, CO, CO2} с преобладанием {Sr}, IX –{CO, CO2, Sr} переменного состава. При снижении тем- пературы жидкого металла c 1600 до 1550 °С появляется термодинамическая ве- роятность образования SrSiO3. В исследуемой системе Fe–Sr–Si–C–O (рис. 2) по- является вероятность образования газообразных продуктов. При снижении темпе- ратуры до 1550 °С становится возможным образование SrOТВ и SrSiO3ТВ.
На основании проведенного моделирования определена картина фазовых равновесий при раскислении низкоуглеродистых металлических расплавов сили- костронцием. Отмечено, что при значимых концентрациях Sr и Si в металличе- ском расплаве может быть реализован комплексный механизм раскисления. В ка- честве основных оксидных фаз при этом в продуктах раскисления вероятно обра- зование жидких оксидных НВ переменного состава. Результаты термодинамиче- ского моделирования системы свидетельствуют о возможности и целесообразно- сти рафинирования стали силикостронцием.
а) б) Рис. 1. Фазовые равновесия в системе Fe – Sr – Si – O
Pобщ = 1 атм: 1600 °С (а) и 1550 °С (б)
а)
Рис. 2. Фазовые равновесия в системе Fe – Sr – Si – C – O,
б)
Pобщ = 1 атм, [C] = 0,1 мас. %: 1600 °С (а) и 1550 °С (б)
Система Fe–Sr–Ca–O–С
Проведен термодинамический анализ процессов взаимодействия компонен- тов в системе Fe–Sr–Ca–O–С при температурах 1550 и 1600 °С.
На рис. 3 приведены изотермические сечения (1600 и 1550°С) ПРКМ систе- мы Fe–Sr–Ca–O. Влияние углерода на фазовые равновесия в системе показано на рис. 4. Для системы Fe–Sr–Ca–O при промышленно значимых концентрациях кальция в стали основными соединениями, образующимися при взаимодействии компонентов, будут частицы |SrO, CaO(FeO)|тв.р. Влияние углерода проявляется в
возможности образования газовой фазы VI на основе {CO} (рис. 4). Образование газовой фазы в качестве равновесной термодинамически более вероятно по срав- нению с образованием жидких НВ.
а)
Pобщ = 1 атм: а) t = 1600 °С; б) t = 1550 °С
а)
Pобщ = 1 атм, а) t = 1600 °С; б) 1550 °С, [C] = 0,1 мас. %
Система Fe–Al–Sr–O–С
На рис. 5 приведены изотермические сечения ПРКМ системы Fe–Al–Sr–O. Согласно проведенному расчету в системе наиболее вероятно образование моно- алюмината стронция SrAl2O4 (область IV) и корунда Al2O3 (область III).
Рис. 3 ПРКМ системы Fe–Sr–Ca–O,
б)
Рис. 4 ПРКМ системы Fe–Sr–Ca–O–С,
б)

аб
Рис. 5 ПРКМ системы Fe–Al–Sr–O при температурах 1600 (а) и 1550 °С (б)
На рис. 6 показано влияние углерода. Помимо областей I – VII, совпадающих по обозначениям с рис. 5, на рис. 6 появляются области равновесия жидкого ме- талла с газовой фазой: в области IX – на основе {CO, CO2}; в области X – на ос- нове {Sr}, в области VIII с газовой фазой переменного состава (соотношение {Sr}/{CO} меняется от IX к X); Из сравнения рис. 5 и 6 видно, что в присутст- вии углерода образование жидких НВ наиболее вероятно образование моно- алюмината стронция SrAl2O4 и корунда Al2O3. При промышленно значимых концентрациях алюминия в 0,05 % (lg [Al] = –1,3) вероятна реализация ком- плексного раскисления алюминием и стронцием.
а
б
Рис. 6 ПРКМ системы Fe–Al–Sr–O–C при [C] = 0,1 и температуре 1600 °С и 1550 °С (а – б)
Сравнительный анализ раскислительной способности ЩЗМ в присутст- вии алюминия
Проведено термодинамическое моделирование фазовых равновесий и изоки- слородных сечений в системах Fe–Ca–Al–O, Fe–Sr–Al–O и Fe–Ba–Al–O для тем- пературы 1600°С, а также дальнейшее сравнение раскислительной способности магния, кальция, стронция и бария в жидком металле в присутствии алюминия.
На основании данных термодинамического моделирования построены кри- вые раскислительной способности ЩЗМ при фиксированной концентрации алю- миния [Al] = 0,01 мас. % (рис. 7).
Рис. 7 Кривые раскислительной способности
[Me] – ЩЗМ в присутствии алюминия при 1600 °С для [Al] = 0,01 мас. %
Согласно рис. 7 максимальной раскислительной способностью при концен- трациях, близких к предельной, в ряду ЩЗМ обладает кальций. Это можно объяс- нить достаточно большой растворимостью Ca в жидком железе. Однако при фик- сированной концентрации [ЩЗМ]Fe–0,001 мас. %, раскислительная способность элементов снижается в ряду Mg→Sr→Ca→Ba. О большей раскислительной спо- собности стронция по отношению к кальцию свидетельствуют экспериментальные данные. Результаты термодинамических исследований показывают, что при за- данных условиях раскисление стали ЩЗМ в присутствии алюминия позволяет из- бежать образования неблагоприятных включений Al2O3.
Совместное использование кальция и стронция усилит эффект от примене- ния ЩЗМ, так как присутствие стронция и бария позволяет кальцию расходовать- ся не только на образование оксидных включений, но и растворяться в металле, что способствует пролонгации рафинирующего эффекта до стадий, приближен- ных к кристаллизации металла.
В четвертой главе диссертации приведены результаты экспериментальных исследований, процессов раскисления и модифицирования стали стронций содер- жащими сплавами. Изучалось как воздействие на сталь бинарных сплавов с ЩЗМ (Si-Ca, Si-Sr и Si-Ba) так и комплексных сплавов.
В печи Таммана проведены эксперименты, в которых в сопоставимых усло- виях в жидкую сталь вводили силикокальций, силикостронций и силикобарий.
Анализ микроструктуры металла показал, что наиболее мелкодисперсная структура металла и минимальная загрязненность НВ получается после обработки стали сплавом Si-Sr. Кроме того, анализ микроструктуры модифицированной ста- ли показал, что использование Si-Ba и Si-Sr позволяет исключить выделение фер- ритной фазы в виде больших иглообразных включений (Видманштеттовой струк- туры). При помощи программно-аппаратного комплекса Thixomet проводили ана- лиз размерного распределения частиц НВ. Показано, что наибольшая доля круп- ных НВ (S – более 80 мкм2) в стали, обработанной Si-Ca – 23 %. В металле, обра- ботанном Si-Sr и Si-Ba, доля крупных НВ составляет 14,5 % и 17,9 % соответст- венно. Модифицирование стали Si-Ca приводит к формированию однотипных ок- сидных НВ в сульфидной оболочке. Эксперименты в печи Таммана показали, что в отличие от Si-Ca обработка стали сплавами Si-Sr и Si-Ba сопровождается, фор- мированием более мелких оксисульфидных НВ и получением более однородной (Si-Ba и Si-Sr) и измельченной (Si-Sr) структуры металла.
В ходе крупнолабораторных экспериментов подтвердились тенденции, на- метившиеся при работе в печи Таммана. В индукционной лабораторной печи GWJ-0.1-100-1 проведена серия опытных плавок с целью определения эффектив- ности обработки стали 09Г2С комплексными сплавами серии INSTEEL® с предва- рительным раскислением металла алюминием (0,45 % от массы обрабатываемого металла).
Состав модификаторов приведен в таблице 1.
Выбор расхода модификатора осуществляли для обеспечения одинакового количества щелочноземельных металлов на единицу обрабатываемого расплава. От залитых образцов вырезали пробы для проведения металлографического ана- лиза. Образцы вырезались от места подвода питателя.
Таблица 1. Химический состав и расход модификаторов (мас.%).
Модификатор
Si-Ca (СК30)
Si-Ca-Ba (INSTEEL®1.3) Si-Ca-Ba-Sr (INSTEEL®9.4)
Al Si Ca
2,00 67,7 29,4 1,01 49,2 7,06 1,56 57,3 18,7
Ba
– 15,8 12,8
Sr Fe
– ост. – ост. 13,1 ост.
Расход ∑ЩЗМ, % от массы металла
0,088 0,088 0,089
Анализ результатов показал, что при обработке расплава комплексными сплавами с ЩЗМ количество НВ снижалось по мере усложнения состава 525→418→290 шт/мкм2 для Si-Ca, Si-Ca-Ba и Si-Ca-Ba-Sr соответственно. Оценка распределения НВ по крупности для металла, обработанного сплавами с ЩЗМ, показала, что при обработке сплавами Si-Ca-Ba и Si-Ca-Ba-Sr средняя площадь НВ составила 4,36 и 9,39 мкм2 соответственно, в то время как для металла, обработан- ного Si-Ca, эта величина составила – 20 мкм2. Применение комплексных сплавов позволяет уменьшить как количество, так и размер НВ по сравнению с Si-Ca, из- мельчить зерно и снизить структурную неоднородность.
Для составов модификаторов, выбранных и опробованных в крупнолабора- торных экспериментах были проведены промышленные испытания в условиях АО «Уральская Сталь».
В пятой главе представлены результаты промышленных испытаний микро- кристаллических комплексных сплавов с ЩЗМ при выплавке трубной стали в ус- ловиях АО «Уральская Сталь». В электросталеплавильном цехе АО «Уральская Сталь» проведены опытные плавки, на которых при внепечной обработке стали 17Г1С-У применяли порошковую проволоку с силикокальцием СК40 (базовый ва- риант) и комплексные сплавы Si-Ca-Ba и Si-Ca-Sr-Ba с микрокристаллической структурой производства ООО НПП Технология (г. Челябинск). Микрокристалли- ческая структура в них получается благодаря применению запатентованной тех- нологии разливки сплава, обеспечивающей высокую скорость кристаллизации, что способствует повышению плотности модификатора, измельчению структуры и более равномерному распределению активных элементов.
Состав опытных сплавов, мас.%:
– Si-Ca-Ba – INSTEEL®1.5 – Si-35-40; Са-28-32; Ba-20-25, Fe – ост.
– Si-Ca-Sr-Ba – INSTEEL®9.4 – Si-48-51; Ca-18-22; Ba-10-15; Sr-10-15; Fe – ост.
Опытные плавки проводили в соответствии с действующими технологиче- скими инструкциями по схеме дуговая сталеплавильная печь (ДСП) – установка «ковш-печь» (УКП) – установка вакуумирования стали (УВС) – машина непре- рывного литья заготовок (МНЛЗ).
Обработку стали на сравнительных и опытных плавках проводили по сле- дующему технологическому режиму:
– в ходе обработки на УКП вводили алюминиевую проволоку, через 3-5 мин ус- реднительной продувки вводили порошковую проволоку (ПП) с силикокальцием СК40 и передавали на УВС;
– в ходе обработки на УВС вводили алюминиевую проволоку, через 2-3 мин ус- реднительной продувки на сравнительных плавках вводили ПП с силикокальцием СК40, на опытных – ПП с INSTEEL®.
Разливку стали проводили по стандартной технологии при регламентируе- мых параметрах температурно-скоростного режима.
Отбор проб и оценку загрязненности стали НВ проводили по ГОСТ 1778- 70 (метод Ш6). Микроспектральный анализ и оценку морфологии НВ в листовом прокате осуществляли с помощью растрового электронного микроскопа JSM- 6490LV в комплекте с системой энергодисперсионного микроанализа INCA Energy 250 при увеличении х200 (количество оцененных полей зрения на образце 30 шт.). Результаты исследования образцов металлопроката из опытных и сравни- тельных плавок на загрязненность стали НВ и коррозионно-активными неметал- лическими включениями (КАНВ) приведены в таблице 2.
Таблица 2 – Загрязнённость стали 17Г1С-У неметаллическими включениями
НВ по ГОСТ 1778-70
Оксиды точеч- Силикаты ные, балл хрупкие, балл
Силикаты неде- Средний 2
Сплав
СК40
INSTEEL®1.5 0,50 0,50 2,0 0,40 3,5 1,50 INSTEEL®9.4 1,0 0,53 3,0 0,77 4,0 1,33
балл КАНВ, шт/мм
КАНВ 1 КАНВ 2 1,78 1,88 1,51 0,62 1,15 0,70
формирующиеся, балл
макс. средн.
макс. средн. макс. сред.
1,0 0,75 4,5 1,3 4,5 2,30
Из данных, представленных в таблице 2, следует, что обработка стали ком- плексными сплавами обеспечивает снижение, как максимального балла НВ, так и среднего уровня загрязненности по всем видам НВ.
Для иллюстрации влияния опытных сплавов на морфологию и химический состав НВ на рис. 8 приведен внешний вид характерных включений, а в таблице 3
результаты микроспектрального анализа. Сравнительный анализ состава НВ (табл. 3) дает основание заключить, что обработка стали сплавами INSTEEL® приводит к снижению содержания кислорода в НВ, что свидетельствует о более глубоком раскислении металла.
а1 б1 в1
а2 б2 в2 Рис. 8. Характерный вид НВ в исследуемых сталях, х200:
а1,2 – СК40; б1,2 – INSTEEL®1.5; в1,2 – INSTEEL®9.4 (составы спектров – табл. 3) Таблица 3 – Состав НВ, изображенных на рис. 8
Эле- мент
НВ1
СК40 INSTEEL®1.5 INSTEEL®9.4 СК40
НВ2
INSTEEL®1.5 INSTEEL®9.4
O 40,42 Mg 2,05 Al 24,42 S –
Ca 31,17 Mn –
Fe 1,94 Итог 100
34,75 28,09 8,13 3,16 32,59 28,69 – 11,18 20,51 8,04 – 1,63 3,08 19,21 100 100
23,83 9,94 13,09 3,83 – 1,38 16,0 0,47 9,31 12,75 35,96 27,99 12,52 36,73 28,98 – 7,55 10,07 31,08 9,34 9,19 100 100 100
Наряду с этим подтверждается более активное участие Ba и Sr в десульфу- рации металла. При использовании комплексных сплавов помимо снижения кон- центрации кислорода в НВ обнаруживаются соединения с серой в большем коли- честве, чем в металле, обработанном СК40.
Таким образом, применение комплексных сплавов обеспечивает:
– глубокое раскисление металла и повышение степени усвоения кальция; – повышение степени десульфурации металла;
– снижение загрязненности стали оксидными НВ, как по максимальному баллу, так и по средней величине;
– снижение содержания в стали КАНВ и изменение их морфологии в сторону об- разования благоприятных, с точки зрения повышения коррозионной стойкости стали, оксисульфидных включений.
Дополнительно изучили изменение крупности НВ в металле до и после мо- дифицирования. Объемную долю включений определяли при помощи программы анализатора изображений Thixomet Pro на 12 полях зрения, при увеличении х100. Результаты исследования приведены в таблице 4. Размер неметаллических вклю- чений после обработки стали силикокальцием практически не изменяется, тогда как комплексные сплавы позволяют снизить размер НВ практически в 3 раза, а среднюю площадь в 5-8 раз.
Таблица 4 Размер НВ в стали до (d1; S1) и после (d2; S2) модифицирования
Сплав
СК40 INSTEEL®1.5 INSTEEL®9.4
d1, мкм 21,12 17,56 20,00
S1, мкм2 432,90 306,97 252,70
d2, мкм 23,23 6,87 8,05
S2, мкм2 514,35 37,97 56,91
Исследование скорости коррозии в агрессивной среде проводили по мето- дике РосНИТИ. Образцы для испытания готовили по ГОСТ 2789-73.
В основу методики положен гравиметрический метод определения скорости коррозии по ГОСТ 9.908-85, сущность которого заключается в определении поте- ри массы образца, отнесенной к единице поверхности за время его пребывания в агрессивной среде (5% р-р HCl в воде, насыщенной СО2, Т-23 °С, конечное значе- ние рН менее 4,5, продолжительность – 96 часов, взвешивание образцов с точно- стью 0,0001 г). При использовании INSTEEL®1.5 и INSTEEL®9.4 скорость корро- зии снизилась на 25,6 и 17,9 % соответственно.
Металлографическое исследование стали проводили на оптическом микро- скопе Axio Observer D1.m, с программно-аппаратным комплексом Thixomet Pro. Оценка размеров первичных зерен проводилась методом случайных секущих в зо- не столбчатых кристаллов. В макроструктуре образцов имеется две зоны – столб- чатых кристаллов у поверхности слитков и равноосных зерен в центре. В микро- структуре всех образцов имеются выделения крупных ферритных зерен (8-9 балла по ГОСТ 5639) по границам первичных аустенитных зерен (рис. 9).
а) б) в)
Рис. 9 Микроструктура стали 17Г1С-У, обработанной сплавами с ЩЗМх200:
а – СК40; б – INSTEEL®1.5; в – INSTEEL®9.4
Анализ микроструктуры стали показывает преимущества металла, обрабо- танного комплексными сплавами. При этом наиболее эффективен сплав INSTEEL®9.4 (Fe-Si-Ca-Ba-Sr), позволяющий получить однородную и более из- мельченную структуру металла. Размер первичного зерна при использовании INSTEEL®9.4 уменьшился на 40 % по сравнению с СК40.
Испытание образцов на ударную вязкость при низких температурах прово- дили по ГОСТ 9454-74. Результаты исследования влияния ЩЗМ на ударную вяз- кость приведены в таблице 5.
Таблица 5 Влияние сплавов с ЩЗМ на ударную вязкость стали 17Г1С-У
Сплав
СК40 INSTEEL ®1.5 INSTEEL ®9.4
KCV-5, кДж/м2 234,1
168,9
245,3
KCV-40, кДж/м2 240,0
194,7
243,5
KCV-60, кДж/м2 103,0
130,1
129,3
Из данных, представленных в таблице 5, следует, что ударная вязкость ста- ли KCV-60 при обработке INSTEEL® на 25 %. Ударная вязкость металла при -5 и – 40oС после обработки INSTEEL ®9.4, также выше, чем для стандартного металла.
Общие выводы по результатам работы
1. Обработка конструкционной стали сплавами с ЩЗМ – экономичный способ снижения микронеоднородности металлического расплава, за счет его перемеши- вания газообразными Sr и Ca. Эффективность опытных сплавов связана с форми- рованием более равновесного состояния системы, большой поверхностью контак- та жидкой стали с газообразным Sr, оказывающей на металл интенсивное рафини- рующее и модифицирующее воздействие.
2. Проявления рафинирующей способности ЩЗМ предложено классифицировать как физическую (электронную) и химическую активность. Первая показывает го- товность элемента вступить в химическую реакцию, вторая – термодинамическую 20

устойчивость образующихся оксидов. Параметром физической активности являет- ся потенциал ионизации атома, химической – теплота образования оксида. Заклю- чено, что комплексные сплавы, содержащие элементы с максимальной физиче- ской и химической активностью, могут быть наиболее эффективными раскислите- лями и модификаторами стали.
3. Термодинамический анализ стронцийсодержащих систем с применением осо- бой методики построения диаграмм состояния, позволяющей связать равновесные составы жидкого металла с образующимися неметаллическими фазами показал, что при использовании комплексных сплавов со Sr может реализовываться ком- плексный механизм раскисления. Становится возможным снижение равновесной концентраций кислорода в жидкой стали до 0,001 мас. % [O], что говорит о высо- ких раскислительных свойствах сплавов с ЩЗМ.
4. При крайне малой растворимости ЩЗМ в жидком железе и их высокой химиче- ской активности можно полагать, что в процессе раскисления стали они участвуют не только в виде разбавленных растворов в железе, но и в газообразном (Ca, Sr) и жидком (Ba) состоянии. Следовательно, при оценке раскислительной способности Са и Sr нужно принимать во внимание реакции раскисления, проходящие как в разбавленных растворах, так и на границе жидкий металл – активный элемент.
5. Показано, что замена силикокальция СК40 стронцийсодержащими комплекс- ными сплавами при внепечной обработке трубной стали приводит к измельчению зеренной структуры литого металла и существенному снижению, как количества, так и размера НВ. Ударная вязкость KCV-60 увеличена на 25%, скорость коррозии в агрессивной среде снижена на 20 %. Снижение загрязненности металла НВ мож- но объяснить относительно большой положительной энтальпией образования рас- творов Sr-Fe и Ba-Fe, высокой поверхностной активностью этих металлов, что приводит к их эффективному взаимодействию с примесями и быстрому удалению из металла продуктов реакции.
6. Показано, что брикетирование шихты при выплавке комплексных сплавов уг- летермическим методом снижает температуру восстановления металлов и энерго- емкость технологического процесса. Замена извести известняком в брикетах обес- печивает возможность использования дешевых связующих на водной основе и снизить стоимость шихты.