Виявлення особливостей структурно-фазових перетворень при переробці відходів від виробництва високолегованих сталей

This paper reports a study into the peculiarities of the structural-phase composition of the alloy obtained by using anthropogenic waste from the production of high-alloy steels involving reduction melting. That is necessary for determining the technological parameters that could help decrease the loss of alloying elements in the process of obtaining and using a doped alloy. This study has shown that at an O:C ratio in the charge of 1.84, the alloy consisted mainly of the solid solution of carbon and alloying elements in α-Fe. The manifestation of Fe3C C carbide with alloying elements as substitution atoms was of relatively weak intensity. At the O:C ratios in the charge of 1.42 and 1.17, there was an increase in the intensity of the Fe3C carbide manifestation. At the same time, the emergence of the carbide compounds W2C·Mo2C and WC was identified. Several phases with different content of alloying elements were present in the microstructure images. Cr content in the examined areas changed in the range of 0.64–33.86 % by weight; W content reached 41.58 % by weight; Mo –19.53 % by weight; V – 18.55 % by weight; Co – 3.95 % by weight. The carbon content was in the range of 0.28–2.43 % by weight. Analysis of the study results reveals that the most favorable ratio of O:C in the charge was 1.42. At the same time, the phase composition was dominated by a solid solution of the alloying elements and carbon in α-Fe. The share of the residual carbon concentrated in the carbide component was in the range of 0.52–2.11 % by weight, thereby ensuring the required reduction capability of the alloy when used. The study reported here has made it possible to identify new technological aspects of obtaining an alloy by utilizing anthropogenic waste, and whose indicators provide for the possibility of replacing part of standard ferroalloys when smelting steels without strict restrictions on carbon content.Исследованы особенности структурно-фазового состава сплава, полученного с использованием техногенных отходов производства высоколегированных сталей с применением восстановительной плавки. Это необходимо для определения технологических параметров, обеспечивающих снижение потерь легирующих элементов в процессе получения и использования легирующего сплава. Проведенные исследования свидетельствуют, что при соотношении O:C в шихте 1,84 сплав состоял в основном из твердого раствора углерода и легирующих элементов в α-Fe. Проявление Fe3C с легирующими элементами в качестве атомов замещения имело относительно слабую интенсивность. При соотношениях O:C в шихте 1,42 и 1,17 наблюдалось повышение интенсивности проявления Fe3C. Вместе с этим, было определено появление W2C·Mo2C и WC. На изображениях микроструктуры присутствовали несколько фаз с различным содержанием легирующих элементов. Содержание Cr изменялось в пределах 0,64–33,86 % мас., содержание W достигало 41,58 % мас., Mo – 19,53 % мас., V – 18,55 % мас., Co – 3,95 % мас. Содержание углерода было в пределах 0,28–2,43 % мас. Анализ результатов исследований свидетельствует, что наиболее выгодным соотношением O:C в шихте было 1,42. При этом в фазовом составе преобладал твердый раствор легирующих элементов и углерода в α-Fe. Часть остаточного углерода, концентрируясь в карбидной составляющей, находилась в пределах 0,52–2,11 % мас., обеспечивая необходимую восстановительную способность сплава при использовании. Проведенные исследования позволили выявить новые технологические аспекты получения сплава с использованием техногенных отходов, показатели которого обеспечивают возможность замены части стандартных ферросплавов при выплавке сталей без жестких ограничений по содержанию углеродаДосліджено особливості структурно-фазового складу сплаву, отриманого з використанням техногенних відходів виробництва високолегованих сталей із застосуванням відновлювальної плавки. Це необхідно для визначення технологічних параметрів, що забезпечують зменшення втрат легуючих елементів в процесі отримання та використання легуючого сплаву. Проведені дослідження свідчать, що при співвідношенні O:C в шихті 1,84 сплав складався в основному з твердого розчину вуглецю та легуючих елементів в α-Fe. Прояв карбіду Fe3C із легуючими елементами в якості атомів заміщення мав відносно слабку інтенсивність. При співвідношеннях O:C в шихті 1,42 та 1,17 спостерігалося підвищення інтенсивності прояву карбіду Fe3C. Разом з цим, було визначено появу карбідних з’єднань W2C·Mo2C та WC. На зображеннях мікроструктури були присутні декілька фаз з різним вмістом легуючих елементів. Вміст Cr в досліджених ділянках змінювався в межах 0,64–33,86 % мас., вміст W досягав 41,58 % мас., Mo –19,53 % мас., V – 18,55 % мас., Co –3,95 % мас. Вміст вуглецю був в межах 0,28–2,43 % мас. Аналіз результатів досліджень свідчить, що найбільш вигідним співвідношенням O:C в шихті було 1,42. При цьому у фазовому складі переважав твердий розчин легуючих елементів та вуглецю в α-Fe. Частка залишкового вуглецю, що зосереджувалася в карбідній складовій, знаходилася в межах 0,52–2,11 % мас., забезпечуючи необхідну відновну здатність сплаву при використанні. Проведені дослідження дозволили виявити нові технологічні аспекти отримання сплаву з використанням техногенних відходів, показники якого забезпечують можливість заміни частини стандартних феросплавів при виплавці сталей без жорстких обмежень за вмістом вуглец

Oxidation Resistance of Medium-Carbon Heat-Resistant Cr-Al Steels in Extreme Conditions

Background. From the analysis of exploitation of heat-resistant details of thermal power and metallurgical equipment, it was found that the basic characteristic of metallic materials working under extreme conditions is oxidation resistance. However, the choice of materials for work in the conditions of high temperatures and aggressive environments should be made taking into account not only its oxidation resistance but also the possibility of this material to work long time in the conditions of thermal cycling without being damaged, thus thinking about its heat-resistance. Consequently, it is tremendously important to determine the oxidation resistance of iron-based alloys in extreme conditions depending on the presence of main elements – chrome and aluminium – in their content on the basis of study of formation processes on the item surface of high-quality protective oxides films. Objective. The aim of the paper is to establish the selection rules of heat-resistant iron-based alloys for work in extreme conditions depending on temperatures and aggressive environments and to accumulate some information on their oxidation resistance for the creation of a database and development of methodology how to forecast special properties of alloys. Methods. Models with 10 mm in diameter and 20 mm in length were tested in a tubular stove at the temperature of 1200 and 1250 °C during 100 hours. Oxidation resistance was determined by a weight method. Phase composition and structure were explored by modern X-ray structural and metallographic methods. Results. Processes and mechanisms of formation of oxide scale in the conditions of exploitation of items under the temperature 1250 °C in different aggressive environments are established. The optimum boundaries of concentration of basic chemical elements – chrome and aluminium – in heat-resistant alloys for work in extreme conditions depending on temperatures and environments are determined. A database for development of methodology for forecasting of the special properties of Cr-Al steels depending on their chemical composition is created. Conclusions. Optimal concentration of chrome in heat-resistant Cr steels for work of items at temperatures up to 1100 °C can be considered 25–30 %. To provide high oxidation resistance of items working at temperatures up to 1250 °C in aggressive gas environments, the concentration of Cr in a metal should be within the limits of 25–30 %, and aluminium – from 2.0 to 3.5 %, the relation [% Cr]/[% Al] = 7–10 must be executed. Various gas environments differently effect on oxidation resistance of steels. At the temperatures of 1200 °C items in the water steam environment oxidize faster, and slower in the carbon dioxide environment

Окалиностійкість середньовуглецевих жаростійких хромоалюмінієвих сталей в екстремальних умовах

Background. From the analysis of exploitation of heat-resistant details of thermal power and metallurgical equipment, it was found that the basic characteristic of metallic materials working under extreme conditions is oxidation resistance. However, the choice of materials for work in the conditions of high temperatures and aggressive environments should be made taking into account not only its oxidation resistance but also the possibility of this material to work long time in the conditions of thermal cycling without being damaged, thus thinking about its heat-resistance. Consequently, it is tremendously important to determine the oxidation resistance of iron-based alloys in extreme conditions depending on the presence of main elements – chrome and aluminium – in their content on the basis of study of formation processes on the item surface of high-quality protective oxides films.Objective. The aim of the paper is to establish the selection rules of heat-resistant iron-based alloys for work in extreme conditions depending on temperatures and aggressive environments and to accumulate some information on their oxidation resistance for the creation of a database and development of methodology how to forecast special properties of alloys.Methods. Models with 10 mm in diameter and 20 mm in length were tested in a tubular stove at the temperature of 1200 and 1250 °C during 100 hours. Oxidation resistance was determined by a weight method. Phase composition and structure were explored by modern X-ray structural and metallographic methods.Results. Processes and mechanisms of formation of oxide scale in the conditions of exploitation of items under the temperature 1250 °C in different aggressive environments are established. The optimum boundaries of concentration of basic chemical elements – chrome and aluminium – in heat-resistant alloys for work in extreme conditions depending on temperatures and environments are determined. A database for development of methodology for forecasting of the special properties of Cr-Al steels depending on their chemical composition is created.Conclusions. Optimal concentration of chrome in heat-resistant Cr steels for work of items at temperatures up to 1100 °C can be considered 25–30 %. To provide high oxidation resistance of items working at temperatures up to 1250 °C in aggressive gas environments, the concentration of Cr in a metal should be within the limits of 25–30 %, and aluminium – from 2.0 to 3.5 %, the relation [% Cr]/[% Al] = 7–10 must be executed. Various gas environments differently effect on oxidation resistance of steels. At the temperatures of 1200 °C items in the water steam environment oxidize faster, and slower in the carbon dioxide environment.Проблематика. Анализом эксплуатации жаростойких деталей теплоэнергетического и металлургического оборудования установлено, что основной характеристикой металлических материалов, которые работают в экстремальных условиях, является окалиностойкость. Однако выбор материала для работы в условиях высоких температур и агрессивных сред следует осуществлять с учетом не только их окалиностойкости, но и возможности этого материала длительное время работать в условиях теплосмен без разрушения, то есть необходимо учитывать его термостойкость. Следовательно, важным вопросом является определение прежде всего окалиностойкости сплавов на основе железа в экстремальных условиях в зависимости от содержания в них основных элементов – хрома и алюминия – на основании изучения процессов образования на поверхности изделий высококачественных защитных пленок оксидов.Цель исследования. Целью работы является установление правил выбора жаростойких сплавов на основе железа для работы в экстремальных условиях в зависимости от температур и агрессивных сред, а также накопление сведений относительно их окалиностойкости для создания базы данных и разработки методологии прогнозирования специальных свойств сплавов.Методика реализации. Испытанию поддавали образцы диаметром 10 мм и длиной 20 мм в трубчатой печи при температуре 1200 и 1250 °С на протяжении 100 ч. Окалиностойкость определяли весовым методом. Фазовый состав и структуру исследовали современными рентгеноструктурными и металлографическими методами.Результаты исследований. Установлены процессы и механизмы образования окалины в условиях эксплуатации изделий до 1250 °С в разных агрессивных средах. Определены оптимальные границы содержания основных химических элементов – хрома и алюминия – в жаростойких сплавах для работы в экстремальных условиях в зависимости от температур и сред. Создана база данных для разработки методологии прогнозирования специальных свойств хромоалюминиевых сталей в зависимости от их химического состава.Выводы. Оптимальным содержанием хрома в жаростойких хромистых сталях для работы изделий при температурах до 1100 °С следует считать 25–30 %. Для обеспечения высокой окалиностойкости изделий, которые работают при температурах до 1250 °С в агрессивных газовых средах, концентрация хрома в металле должна быть в пределах 25–30 %, а содержание алюминия – от 2,0 до 3,5 %, при этом должно выполняться отношение [% Cr]/[% Al] = 7–10. Разнообразные газовые среды по-разному влияют на окалиностойкость хромоалюминиевых сталей. При температурах 1200 °С быстрее всего окисляются изделия в среде водяного пара, медленнее всего – в среде углекислого газа.Проблематика. Аналізом експлуатації жаростійких деталей теплоенергетичного та металургійного устаткування установлено, що основною характеристикою металевих матеріалів, які працюють в екстремальних умовах, є окалиностійкість. Проте вибір матеріалу для роботи в умовах високих температур і агресивних середовищ слід здійснювати з урахуванням не тільки їх окалиностійкості, але й можливості цього матеріалу тривалий час працювати в умовах теплозмін без руйнування, тобто необхідно враховувати його термостійкість. Отже, важливим завданням є визначення насамперед окалиностійкості сплавів на основі заліза в екстремальних умовах залежно від вмісту в них основних елементів – хрому й алюмінію – на підставі вивчення процесів утворення на поверхні виробів високоякісних захисних оксидних плівок.Мета дослідження. Метою роботи є установлення правил вибору жаростійких сплавів на основі заліза для роботи в екстремальних умовах залежно від температур і агресивних середовищ, а також накопичення відомостей щодо їх окалиностійкості для створення бази даних і розроблення методології прогнозування спеціальних властивостей сплавів.Методика реалізації. Випробовуванню піддавали зразки діаметром 10 мм і довжиною 20 мм у трубчастій печі за температур 1200 та 1250 °С протягом 100 год. Окалиностійкість визначали ваговим методом. Фазовий склад і структуру досліджували сучасними рентгеноструктурними та металографічними методами.Результати досліджень. Установлено процеси та механізм утворення окалини в умовах експлуатації виробів до 1250 °С у різних агресивних середовищах. Визначено оптимальні межі вмісту основних хімічних елементів – хрому й алюмінію – в жаростійких сплавах для роботи в екстремальних умовах залежно від температур і середовищ. Створено базу даних для розроблення методології прогнозування спеціальних властивостей хромоалюмінієвих сталей залежно від їх хімічного складу.Висновки. Оптимальним вмістом хрому в жаростійких хромистих сталях для роботи виробів за температур до 1100 °С слід вважати 25–30 %. Для забезпечення високої окалиностійкості виробів, які працюють за температур до 1250 °С в агресивних газових середовищах, концентрація хрому в металі має бути в межах 25–30 %, а вміст алюмінію – від 2,0 до 3,5 %, при цьому має виконуватися відношення [% Cr]/[% Al] = 7–10. Різноманітні газові середовища по-різному впливають на окалиностійкість хромоалюмінієвих сталей. За температур 1200 °С найшвидше окиснюються вироби в середовищі водяної пари, найповільніше – в середовищі вуглекислого газу

Виявлення фізико-хімічних особливостей вуглецевотремічного відновлення окалини вольфрамових швидкоріжучих сталей

We determined that scale of the high-speed steel R18 is composed of the phases of Fe3O4, Fe2O3, FeO, with the presence of alloying elements as the replacement atoms. The microstructure is disordered and non-uniform. In the examined area, in addition to Fe, we revealed the presence of, % by weight: W – 16.34, Cr – 2.68, V – 1.82, and others. The content of O was 15.32 %. It was established that the reduction of scale at 1,523 K proceeds with the formation of α-Fe and carbides Fe3W3C, (Fe, Cr)7C3, W2C, V2C, Fe3C, Fe2C. Manifestation of carbides of alloying elements decreased with an increase in the degree of reduction. The microstructure of reduction products is heterogeneous, containing particles with a different content of alloying elements and has a spongy structure. The conditions are provided for the absence of phases subject to sublimation. We conducted experimental-industrial tests of using the metallized scale while smelting high-speed steel with a degree of disposal of alloying elements at the level of 92‒94 %. Improvement of environmental safety was implemented by the replacement of reduction melting with the newest methods of powder metallurgy employing the solid-phase reduction.Определены физико-химические превращения при углеродотермическом восстановлении техногенных оксидных отходов производства быстрорежущей стали Р18. Обнаружено протекание химических реакций восстановления и карбидообразования при участии железа и легирующих элементов. Отсутствие фаз склонных к сублимации, повышенная восстановительная способность, губчатая микроструктура обеспечивают относительно высокую степень извлечения тугоплавких элементов при использовании полученного материала в качестве легирующей добавкиВизначено фізико-хімічні перетворення при вуглецевотермічному відновленні техногенних оксидних відходів виробництва швидкоріжучої сталі Р18. Виявлено протікання хімічних реакцій відновлення та карбідоутворення за участю заліза та легуючих елементів. Відсутність фаз схильних до сублімації, підвищена відновна здатність, губчаста мікроструктура забезпечують відносно високий ступінь вилучення тугоплавких елементів при використанні отриманного матеріалу як легуючої добавк

Дослідження властивостей ресурсозберігаючої хромвмісної брикетованої легуючої добавки із рудної сировини

It was determined that the original oxide chromium-containing ore raw material is represented by granules of rounded shape the size of 250–600 µm. Along with Cr and Fe, it revealed Mg, Al, Si, Ca, and Ti. They probably were included in the composition of oxide ore impurities and can exert an indirect influence on the reducing processes. Phase composition of the briquetted raw material after the carbon thermal treatment consisted mainly of Cr2O3 and metal Cr with the presence of carbides Cr7C3 and Cr2C3. Diffraction maxima of metal Fe and its compounds had no explicit manifestation, indicating the presence of Fe as substitution atoms in the chromium-containing phases and compounds. The structure is heterogeneous.The content of residual oxygen confirms the presence, along with metal Cr, under-reduced oxide or oxy-carbide compounds. The residual oxygen could also be contained in the composition of oxide related ore impurities. This is confirmed by detection of the specified elements in the examined areas in the images of the microstructure. Excessive carbon content ensures the post-reduction of residual oxide component in a liquid metal in the process of alloying and enables protection against secondary oxidation of chromiumИсследованы фазовый состав, микроструктура хромсодержащего оксидного рудного сырья и соответствующих продуктов углеродотермического восстановления. Опытно-промышленным путем получен ресурсосберегающий хромсодержащий брикетированный легирующий материал с качественно новыми свойствами. Выявлена неоднородная оксикарбидная структура с избыточным содержанием углерода, что обеспечивает довосстановление остаточной оксидной составляющей при легировании и защиту от вторичного окисления хромаДосліджено фазовий склад, мікроструктуру хромвмісної оксидної рудної сировини і відповідних продуктів вуглецевотермічного відновлення. Дослідно-промисловим шляхом отримано ресурсозберігаючий хромвмісний брикетований легуючий матеріал з якісно новими властивостями. Виявлено неоднорідну оксикарбідну структуру з надлишковим вмістом вуглецю, що забезпечує довідновлення залишкової оксидної складової при легуванні та захист від вторинного окислення хром

Окалиностойкость среднеуглеродистых жаростойких хромоалюминиевих сталей в экстремальных условиях

Проблематика. Аналізом експлуатації жаростійких деталей теплоенергетичного та металургійного устаткування установлено, що основною характеристикою металевих матеріалів, які працюють в екстремальних умовах, є окалиностійкість. Проте вибір матеріалу для роботи в умовах високих температур і агресивних середовищ слід здійснювати з урахуванням не тільки їх окалиностійкості, але й можливості цього матеріалу тривалий час працювати в умовах теплозмін без руйнування, тобто необхідно враховувати його термостійкість. Отже, важливим завданням є визначення насамперед окалиностійкості сплавів на основі заліза в екстремальних умовах залежно від вмісту в них основних елементів – хрому й алюмінію – на підставі вивчення процесів утворення на поверхні виробів високоякісних захисних оксидних плівок. Мета дослідження. Метою роботи є установлення правил вибору жаростійких сплавів на основі заліза для роботи в екстремальних умовах залежно від температур і агресивних середовищ, а також накопичення відомостей щодо їх окалиностійкості для створення бази даних і розроблення методології прогнозування спеціальних властивостей сплавів. Методика реалізації. Випробовуванню піддавали зразки діаметром 10 мм і довжиною 20 мм у трубчастій печі за температур 1200 та 1250 °С протягом 100 год. Окалиностійкість визначали ваговим методом. Фазовий склад і структуру досліджували сучасними рентгеноструктурними та металографічними методами. Результати досліджень. Установлено процеси та механізм утворення окалини в умовах експлуатації виробів до 1250 °С у різних агресивних середовищах. Визначено оптимальні межі вмісту основних хімічних елементів – хрому й алюмінію – в жаростійких сплавах для роботи в екстремальних умовах залежно від температур і середовищ. Створено базу даних для розроблення методології прогнозування спеціальних властивостей хромоалюмінієвих сталей залежно від їх хімічного складу. Висновки. Оптимальним вмістом хрому в жаростійких хромистих сталях для роботи виробів за температур до 1100 °С слід вважати 25–30 %. Для забезпечення високої окалиностійкості виробів, які працюють за температур до 1250 °С в агресивних газових середовищах, концентрація хрому в металі має бути в межах 25–30 %, а вміст алюмінію – від 2,0 до 3,5 %, при цьому має виконуватися відношення [% Cr]/[% Al] = 7–10. Різноманітні газові середовища по-різному впливають на окалиностійкість хромоалюмінієвих сталей. За температур 1200 °С найшвидше окиснюються вироби в середовищі водяної пари, найповільніше – в середовищі вуглекислого газу.Background. From the analysis of exploitation of heat-resistant details of thermal power and metallurgical equipment, it was found that the basic characteristic of metallic materials working under extreme conditions is oxidation resistance. However, the choice of materials for work in the conditions of high temperatures and aggressive environments should be made taking into account not only its oxidation resistance but also the possibility of this material to work long time in the conditions of thermal cycling without being damaged, thus thinking about its heat-resistance. Consequently, it is tremendously important to determine the oxidation resistance of iron-based alloys in extreme conditions depending on the presence of main elements – chrome and aluminium – in their content on the basis of study of formation processes on the item surface of high-quality protective oxides films. Objective. The aim of the paper is to establish the selection rules of heat-resistant iron-based alloys for work in extreme conditions depending on temperatures and aggressive environments and to accumulate some information on their oxidation resistance for the creation of a database and development of methodology how to forecast special properties of alloys. Methods. Models with 10 mm in diameter and 20 mm in length were tested in a tubular stove at the temperature of 1200 and 1250 °C during 100 hours. Oxidation resistance was determined by a weight method. Phase composition and structure were explored by modern X-ray structural and metallographic methods. Results. Processes and mechanisms of formation of oxide scale in the conditions of exploitation of items under the temperature 1250 °C in different aggressive environments are established. The optimum boundaries of concentration of basic chemical elements – chrome and aluminium – in heat-resistant alloys for work in extreme conditions depending on temperatures and environments are determined. A database for development of methodology for forecasting of the special properties of Cr-Al steels depending on their chemical composition is created. Conclusions. Optimal concentration of chrome in heat-resistant Cr steels for work of items at temperatures up to 1100 °C can be considered 25–30 %. To provide high oxidation resistance of items working at temperatures up to 1250 °C in aggressive gas environments, the concentration of Cr in a metal should be within the limits of 25–30 %, and aluminium – from 2.0 to 3.5 %, the relation [% Cr]/[% Al] = 7–10 must be executed. Various gas environments differently effect on oxidation resistance of steels. At the temperatures of 1200 °C items in the water steam environment oxidize faster, and slower in the carbon dioxide environment.Проблематика. Анализом эксплуатации жаростойких деталей теплоэнергетического и металлургического оборудования установлено, что основной характеристикой металлических материалов, которые работают в экстремальных условиях, является окалиностойкость. Однако выбор материала для работы в условиях высоких температур и агрессивных сред следует осуществлять с учетом не только их окалиностойкости, но и возможности этого материала длительное время работать в условиях теплосмен без разрушения, то есть необходимо учитывать его термостойкость. Следовательно, важным вопросом является определение прежде всего окалиностойкости сплавов на основе железа в экстремальных условиях в зависимости от содержания в них основных элементов – хрома и алюминия – на основании изучения процессов образования на поверхности изделий высококачественных защитных пленок оксидов. Цель исследования. Целью работы является установление правил выбора жаростойких сплавов на основе железа для работы в экстремальных условиях в зависимости от температур и агрессивных сред, а также накопление сведений относительно их окалиностойкости для создания базы данных и разработки методологии прогнозирования специальных свойств сплавов. Методика реализации. Испытанию поддавали образцы диаметром 10 мм и длиной 20 мм в трубчатой печи при температуре 1200 и 1250 °С на протяжении 100 ч. Окалиностойкость определяли весовым методом. Фазовый состав и структуру исследовали современными рентгеноструктурными и металлографическими методами. Результаты исследований. Установлены процессы и механизмы образования окалины в условиях эксплуатации изделий до 1250 °С в разных агрессивных средах. Определены оптимальные границы содержания основных химических элементов – хрома и алюминия – в жаростойких сплавах для работы в экстремальных условиях в зависимости от температур и сред. Создана база данных для разработки методологии прогнозирования специальных свойств хромоалюминиевых сталей в зависимости от их химического состава. Выводы. Оптимальным содержанием хрома в жаростойких хромистых сталях для работы изделий при температурах до 1100 °С следует считать 25–30 %. Для обеспечения высокой окалиностойкости изделий, которые работают при температурах до 1250 °С в агрессивных газовых средах, концентрация хрома в металле должна быть в пределах 25–30 %, а содержание алюминия – от 2,0 до 3,5 %, при этом должно выполняться отношение [% Cr]/[% Al] = 7–10. Разнообразные газовые среды по-разному влияют на окалиностойкость хромоалюминиевых сталей. При температурах 1200 °С быстрее всего окисляются изделия в среде водяного пара, медленнее всего – в среде углекислого газа

Дослідження особливостей утилізації окалини нікель-молібденвмісних прецизійних сплавів методом водневого відновлення

We explored kinetic patterns of hydrogen reduction of the scale of a nickel­molybdenum containing precision alloy at a temperature of 673‒1573 K over the interval from 0 to 360 min. The largest degree of reduction is achieved after thermal treatment at 1273 K – 99 %. This is due to the intensification of reduction processes and a sufficient level of porosity, which enables a satisfactory gas exchange. It was discovered that the starting scale consists mainly of Fe2O3 and Fe3O4 with the atoms substituting their alloying elements, as well as MoO3. The target product of metallization had a sponge microstructure and consisted of γ­Fe, FeNi, the phase of Mo, and the remaining non­reduced Fe3O4 and FeO. The resulting phases do not demonstrate a noticeable inclination to sublimation. This ensures a reduction in the losses of alloying elements when obtaining and using the highly­alloyed metallized scale, which was confirmed by the experimental­ industrial tests. At the same time, disposal of industrial wastes provides a reduction in the technogenic load on industrial regions and improves ecological situation. Исследована кинетика водородного восстановления окалины никель-молибденсодержащего прецизионного сплава. Степень восстановления 99 % была достигнута обработкой при 1273 K. Целевой продукт металлизации имел губчатую микроструктуру и состоял из γ–Fe, FeNi, фазы Mo и остатка недовосстановленных Fe3O4 и FeO. Опытно-промышленные испытания подтвердили эффективность использования новой легирующей добавки с параллельной утилизацией техногенных отходовДослідженно кінетику водневого відновлення окалини нікель-молібденвмісного прецизійного сплаву. Ступінь відновлення 99 % було досягнуто обробкою при 1273 K. Цільовий продукт металізації мав губчасту мікроструктуру і складався з γ–Fe, FeNi, фази Mo та залишку недовідновленних Fe3O4 та FeO. Дослідно-промислові випробування підтвердили ефективність використання нової легуючої добавки з паралельною утилізацією техногенних відході

Виявлення особливостей структурно-фазових перетворень при переробці техногенних металургійних відходів з вмістом тугоплавких елементів

This paper reports a study into the features of the phase composition and microstructure of a master alloy obtained by using the reduction melting of oxide man-made waste. That was necessary to define those technological indicators that provide for an increase in the degree of extraction of alloying elements during the recycling of anthropogenic raw materials and the subsequent use of the alloying material. It has been determined that the phase composition of the alloy at a Si:C ratio in the charge of 0.11 mainly consisted of a solid solution of elements in α-Fe, as well as carbides Fe3C and Fe3W3C. At the Si:C ratios in the charge of 0.28 and 0.52, along with a solid solution of the elements in α-Fe, Fe8Si2C, Fe5Si3, and FeSiC, FeSi2 manifested themselves, respectively. The microstructure of the alloy demonstrated a clear manifestation of several phases with different content of alloying elements. Changing a Si:C ratio in the charge from 0.11 to 0.28 and 0.52 led to an increase in the residual silicon content (wt %) in the studied areas, from 0.00–0.25 to 0.12–1.79 and 0.20–2.11, respectively. At the same time, the carbon content (wt %) in the examined areas varied from 0.25–2.12 to 0.24–2.52 and 0.45–2.68, respectively. The content of alloying elements in the investigated areas varied within (wt %): W – 0.00–43.06, Mo – 0.00–32.72, V – 0.19–20.72, Cr – 0.69–33.94, Co – 0.00–3.96. Analysis of the study’s results reveals that the most acceptable ratio of Si:C in the charge is 0.52. In this case, there is a certain content of residual silicon along with carbon in the form of carbosilicide and silicide compounds. Such indicators of the alloy provide sufficient reducing capacity of the alloy when used. The properties of the alloy make it possible, when smelting steels, to replace part of those standard ferroalloys that do not have strict carbon restrictions.Исследованы особенности фазового состава и микроструктуры легирующего сплава, полученного с использованием восстановительной плавки оксидных техногенных отходов. Это необходимо для определения технологических показателей, обеспечивающих повышение степени извлечения легирующих элементов при переработке техногенного сырья и при дальнейшем использовании легирующего материала. Определено, что в сплаве при соотношении Si:C в шихте 0,11 фазовый состав состоял из твердого раствора элементов в α-Fe, а также Fe3C и Fe3W3C. При соотношениях Si:C в шихте 0,28 и 0,52 вместе с твердым раствором элементов в α-Fe имели проявление Fe8Si2C, Fe5Si3 и FeSiC, FeSi2 соответственно. Микроструктура сплава имела четкое проявление нескольких фаз с различным содержанием легирующих элементов. Изменение соотношения Si:C в шихте с 0,11 до 0,28 и 0,52 приводило к увеличению в исследованных участках остаточного содержания кремния (% мас.) с 0,00–0,25 до 0,12–1,79 и 0,20–2,11 соответственно. При этом содержание углерода (% мас.) изменялось с 0,25–2,12 до 0,24–2,52 и 0,45–2,68 соответственно. Содержание легирующих элементов было в пределах (% мас.): Mo – 0,00–32,72, W – 0,00–43,06, Cr – 0,69–33,94, V – 0,19–20,72, Co – 0,00–3,96. Анализ результатов исследований свидетельствует, что наиболее приемлемым соотношением Si:C в шихте является 0,52. В этом случае наблюдается некоторое содержание остаточного кремния вместе с углеродом в виде карбосилицидных и силицидных соединений. Такие показатели сплава обеспечивают достаточную восстановительную способность сплава при использовании. Свойства сплава позволяют заменить часть стандартных ферросплавов при выплавке сталей, не имеющих жестких ограничений по углеродуДосліджено особливості фазового складу та мікроструктури легуючого сплаву, який отримано з використанням відновлювальної плавки оксидних техногенних відходів. Це необхідно для визначення технологічних показників, що забезпечують підвищення ступеня вилучення легуючих елементів під час переробки техногенної сировини та при подальшому використанні легуючого матеріалу. Визначено, що в сплаві при співвідношенні Si:C в шихті 0,11 фазовий склад переважно складався з твердого розчину елементів в α-Fe, а також карбідів Fe3C та Fe3W3C. При співвідношеннях Si:C в шихті 0,28 та 0,52 з разом із твердим розчином елементів в α-Fe мали прояв Fe8Si2C, Fe5Si3 та FeSiC, FeSi2 відповідно. Мікроструктура сплаву мала чіткий прояв декількох фаз з різним вмістом легуючих елементів. Зміна співвідношення Si:C в шихті з 0,11 до 0,28 та 0,52 призводила до збільшення в досліджених ділянках залишкового вмісту кремнію (% мас.) з 0,00–0,25 до 0,12–1,79 та 0,20–2,11 відповідно. При цьому вміст вуглецю (% мас.) в досліджених ділянках змінювався з 0,25–2,12 до 0,24–2,52 та 0,45–2,68 відповідно. Вміст легуючих елементів у досліджених ділянках змінювався в межах (% мас.): W – 0,00–43,06, Mo – 0,00–32,72, V – 0,19–20,72, Cr – 0,69–33,94, Co – 0,00–3,96. Аналіз результатів досліджень свідчить, що найбільш прийнятним співвідношенням Si:C в шихті є 0,52. В цьому випадку спостерігається певний вміст залишкового кремнію разом з вуглецем у вигляді карбосиліцидних та силіцидних з’єднань. Такі показники сплаву забезпечують достатню відновну здатність сплаву при використанні. Властивості сплаву дозволяють замінити частину стандартних феросплавів при виплавці сталей, що не мають жорстких обмежень за вуглеце

Виявлення особливостей структурно-фазових перетворень при переробці оксидних відходів від виробництва швидкоріжучої сталі

Peculiarities of phase and structural transformations during the carbon-thermal recovery of high-speed steel slag with the production of an alloying additive were investigated. This is necessary to determine the technological indicators that allow reducing the loss of high-value elements during the production and use of the alloying additive. A gradual change in the degree of scale reduction from 32 % to 69 % and 77 % led to an increase in the appearance of the solid solution of alloying elements and carbon in the α-Fe lattice with respect to FeWO4 and Fe3O4. Along with this, Fe3C, FeW3C, WC, VC, V2C, and Cr3C2 were manifested. At the same time, the formation of polyhedral and rounded particles of different chemical composition and the formation of a spongy microstructure was observed. It was determined that the most acceptable degree of recovery is 77 %. At the same time, the degree of reduction of 69 % is also sufficient since due to the residual carbon in the form of carbides, an increased reduction capacity is ensured with additional reduction of the oxide component in the liquid metal during alloying. The spongy microstructure provides relatively fast dissolution compared to standard ferroalloys, which causes a reduction in the total melting time while reducing the resources spent. No phases and compounds characterized by an increased tendency to sublimation were detected in the obtained alloying additive. That is, there is no need to provide additional conditions that prevent the loss of high-value elements during evaporation with the gas phase, which causes an increase in the degree of extraction of alloying elements. The indicators of the obtained alloying additive make it possible to melt alloyed steel in an electric arc furnace with respect to brands whose composition does not have strict restrictions on carbon, while replacing a part of standard ferroalloys.Досліджено особливості фазових та структурних перетворень при вуглецевотермічному відновленні окалини швидкоріжучої сталі з отриманням добавки для легування. Це потрібно для визначення технологічних показників, що дозволяють зменшити втрати високовартісних елементів під час отримання та використання легуючої добавки. Поетапна зміна ступеня відновлення окалини з 32 % до 69 % та 77 % обумовила посилення прояву твердого розчину легуючих елементів та вуглецю в гратці α-Fe відносно до FeWO4 та Fe3O4. Разом з цим мали прояв Fe3C, FeW3C, WC, VC, V2C та Cr3C2. При цьому спостерігалося утворення часток багатогранної та округлої форми різного хімічного складу та формування губчастої мікроструктури. Визначено, що найбільш прийнятний ступінь відновлення складає 77 %. При цьому ступінь відновлення 69 % також є достатнім, так як завдяки залишковому вуглецю у вигляді карбідів забезпечується підвищена відновна здатність з довідновленням оксидної складової в рідкому металі при легуванні. Губчаста мікроструктура забезпечує відносно швидке розчинення в порівнянні із стандартними феросплавами, що обумовлює зниження загального часу плавки при зменшенні витрачених ресурсів. В отриманій легуючій добавці не було виявлено фаз і з’єднань, що характеризуються підвищеною схильністю до сублімації. Тобто немає потреби забезпечення додаткових умов, що перешкоджають втраті високовартісних елементів при випаровуванні з газовою фазою, що обумовлює зростання ступеня вилучення легуючих елементів. Показники отриманої легуючої добавки дають можливість виплавки легованої сталі в електродуговій печі відповідно марок, склад яких не має суворих обмежень за вуглецем, при заміні частини стандартних феросплаві

Виявлення фізико-хімічних особливостей вуглецевотремічного відновлення окалини вольфрамових швидкоріжучих сталей

We determined that scale of the high-speed steel R18 is composed of the phases of Fe3O4, Fe2O3, FeO, with the presence of alloying elements as the replacement atoms. The microstructure is disordered and non-uniform. In the examined area, in addition to Fe, we revealed the presence of, % by weight: W – 16.34, Cr – 2.68, V – 1.82, and others. The content of O was 15.32 %. It was established that the reduction of scale at 1,523 K proceeds with the formation of α-Fe and carbides Fe3W3C, (Fe, Cr)7C3, W2C, V2C, Fe3C, Fe2C. Manifestation of carbides of alloying elements decreased with an increase in the degree of reduction. The microstructure of reduction products is heterogeneous, containing particles with a different content of alloying elements and has a spongy structure. The conditions are provided for the absence of phases subject to sublimation. We conducted experimental-industrial tests of using the metallized scale while smelting high-speed steel with a degree of disposal of alloying elements at the level of 92‒94 %. Improvement of environmental safety was implemented by the replacement of reduction melting with the newest methods of powder metallurgy employing the solid-phase reduction.Определены физико-химические превращения при углеродотермическом восстановлении техногенных оксидных отходов производства быстрорежущей стали Р18. Обнаружено протекание химических реакций восстановления и карбидообразования при участии железа и легирующих элементов. Отсутствие фаз склонных к сублимации, повышенная восстановительная способность, губчатая микроструктура обеспечивают относительно высокую степень извлечения тугоплавких элементов при использовании полученного материала в качестве легирующей добавкиВизначено фізико-хімічні перетворення при вуглецевотермічному відновленні техногенних оксидних відходів виробництва швидкоріжучої сталі Р18. Виявлено протікання хімічних реакцій відновлення та карбідоутворення за участю заліза та легуючих елементів. Відсутність фаз схильних до сублімації, підвищена відновна здатність, губчаста мікроструктура забезпечують відносно високий ступінь вилучення тугоплавких елементів при використанні отриманного матеріалу як легуючої добавк