Исследование влияния остаточных концентраций РЗЭ и кислорода в стали 300M на характеристики неметаллических включений

MetLab ООО "МетЛаб" совместно с Северо-восточным университетом (г. Шеньян, КНР) и Южно-Уральским государственным университетом (г. Челябинск) выполнило исследование влияния содержания РЗЭ и кислорода на характеристики неметаллических включений и механические свойства стали 300M.
Ультра-высокопрочная сталь 300М применяется в самолетостроении для изготовления деталей шасси, болтов и нагруженных частей планера.
Высокая прочность стали 300М обеспечивается химическим составом, сбалансированным микросоставом и низким содержанием примесных элементов.
Выплавка стали 300М производится в вакуумных индукционных печах. Для глубокого раскисления и удаления серы используют редкоземельные элементы (РЗЭ).
Цель настоящего исследования состояла в установлении влияния технологических параметров и остаточного содержания РЗЭ на механические свойства стали, остаточное содержание кислорода и серы, а также характеристики неметаллических включений (химический состав, средний размер, распределение по размерам, количество на единице площади шлифа, панорама распределения на шлифе).
Выплавку стали в 25 и 100 кг вакуумных индукционных печах, исследование механических свойств и определение химического состава слитков ООО "МетЛаб" выполняло в Северо-восточном университете. Характеристики неметаллических включений исследовали в Южно-Уральском государственном университете на растровом электронном микроскопе JEOL JSM-6460LV (Япония), оснащенном анализатором энергетической дисперсии для проведения качественного и количественного микрорентгеноспектрального анализа INCA Oxford (Англия), обработка полученных спектров – с использованием программного обеспечения INCA (Англия).
В результате работы были установлены зависимости между остаточными концентрациями РЗЭ и механическими свойствами, остаточными концентрациями кислорода и серы и характеристиками неметаллических включений.
В частности, были выявлены типичные виды неметаллических включений, характерные для стали 300М разной степени раскисленности: 1) в слабо раскисленной стали преобладали включения системы La-Al-Si-O, 2) в глубоко раскисленной - La-S-O, 3) при ультра-низком содержании кислорода - La-P-As (рис. 1).
La-Al-Si-O-inclusion
La-S-O-inclusion
La-P-As-inclusions
Рис. 1. Типы неметаллических включений в стали 300М при различной степени раскисленности: 1) включения на основе системы La-Al-Si-O, 2) La-S-O, 3) La-P-As.

Панорама включений фосфидов лантана с примесью мышьяка, на участке шлифа площадью 1 кв. мм, показана на рис. 2.
Distribution of La-P-As-inclusions
Рис. 2. Панорама включений фосфидов лантана с примесью мышьяка, на участке шлифа площадью 1 кв. мм.

Была установленная строгая корреляция между остаточными концентрациями кислорода и серы после обработки стали лантаном, а также между размером включений и их количеством на единицу поверхности шлифа и остаточным содержанием кислорода.
Результаты исследования позволили установить оптимальный расход РЗЭ для обработки стали 300М при рафинировании в условиях ВИП и другие оптимальные параметры технологии.