ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Кристаллизация стали и дефекты слитков из "Машиностроение энциклопедия ТомII-2 Стали чугуны РазделII Материалы в машиностроении " Слитки стали получают разливкой в изложницы, переплавом с применением водоохлаждаемых кристаллизаторов и непрерывной разливкой. [c.11] В каждом случае структура слитка формируется под влиянием многих факторов, из которых наиболее важным являются масса и температура жидкой стали, скорость и направление теплоотвода, наличие примесей в жидкой стали, состояние поверхности кристаллизатора (изложницы). [c.11] При разливке в изложницу затвердевание слитка начинается у ее стенок и заканчивается в центре слитка. После затвердевания в слитке образуются три зоны мелких зерен, столбчатых зерен и крупных зерен. [c.11] Мелкозернистая корка образуется вследствие сильного переохлаждения тонкого слоя жидкой стали у стенок изложницы, и зерна в этой зоне располагаются неупорядоченно. Замедление теплоотвода после образования корки способствует росту столбчатых зерен. Как правило, столбчатые зерна располагаются по нормали к поверхности изложницы. При встрече фронтов кристаллизации столбчатых зерен (транскристаллизации) снижается прочность слитка на этих участках из-за накопления нерастворимых примесей и включений. Отвод теплоты от металла в изложнице создает условия для кристаллизации центральной части слитка при слабом переохлаждении, практическом отсутствии направленного теплоотвода и малом числе центров кристаллизации. Образующиеся крупнью зерна располагаются беспорядочно (рис. 1.1.1, а). [c.11] Интенсивная передача теплоты воде через стенки кристаллизатора создает в слитке радиально-столбчатую структуру фис. 1.1.1, б). [c.11] При непрерьшном литье заготовок характерными особенностями являются относительно малые размеры поперечных сечений заготовок и их интенсивное охлаждение за две стадии 1) первичное охлаждение в кристаллизаторе, 2) принудительное охлаждение водой поверхности заготовки в системе вторичного охлаждения. Кроме того, велика протяженность лунки жидкого металла. [c.11] В непрерьшнолитых заготовках от поверхности вглубь до центра располагается зона столбчатых зерен (рис. 1.1.1, в). Лишь в заготовках, диаметр или сторона которых больше 200 мм, прерьшается рост столбчатых зерен и появляется зона крупных равноосных зерен. При непрерывной разливке стали на плоские слитки зона столбчатых зерен распространяется на весь объем слитка при длине короткой стороны до 200 мм. Зона равноосных зерен образуется лишь в центральной части более массивных слитков. [c.11] Кристаллизация стали сопровождается усадкой. Для уменьшения усадочных дефектов в слитках каждая изложница оснащается утепленной прибыльной надставкой, подпитывающей слиток жидкой сталью по мере усадки. В надставке в основном концентрируется усадочная раковина, а в слитке усадочные дефекты проявляются в виде осевой рыхлости и усадочной рыхлости в верхней части слитка. [c.11] Слитки, полученные переплавом, имеют лишь небольшую концентрированную усадочную раковину. В процессе переплава последовательно кристаллизуется малый объем жидкой стали и его усадка компенсируется притоком новых порций расплавленного металла. [c.12] В непрерывнолитых заготовках нет концентрированной усадочной раковины. Главным усадочным дефектом является осевая пористость. Она появляется при недостаточном поступлении расплавленной стали к участкам лунки жидкого металла, отсеченным перемычками из твердой стали (мостами), появляющимися между фронтами кристаллизации столбчатых зерен из-за их неравномерного роста. [c.12] Ликвация в слитках разделяется на зональную и дендритную. Зональная ликвация в слитках проявляется в неравномерном распределении углерода, легирующих элементов и нерастворимых примесей в объеме слитка. В слитках спокойной стали по направлению от поверхности к центру и снизу вверх увеличивается концентрация углерода, серы и фосфора (рис. 1.1.2, а). Ликвация серы и фосфора неустранима, меняется форма и размеры ликва-ционной зоны при обработке слитка давлением. [c.12] В слитках кипящей стали ликвация серы и фосфора проявляется сильнее, чем в слитках спокойной стали. В верхней части в отдельных участках содержание серы и фосфора достигает 500 - 700 % их среднего содержания в стали. [c.12] Специфическим дефектом переплавленной стали являются кристаллизационные слои, появляющиеся из-за колебаний скорости кристаллизации. На макрошлифах они проявляются в форме послойной кристаллизации, светлого контура и светлого кольца (квадрата). Согласно ГОСТ 10243-75 эти дефекты оцениваются стандартной пятибалльной шкалой. Кристаллизационные слои и светлый контур при небольшой выраженности допустимы, так как не оказывают заметного влияния на свойства переплавленной стали. [c.12] Светлое кольцо (квадрат) образуется при нарушениях оптимального режима переплава или при недостаточном удалении наиболее дефектной части слитка с усадочной раковиной. [c.12] Оценка ликвационных дефектов в соответствии с ГОСТ 10243-75 проводится на поперечных макрошлифах по пятибалльным шкалам. [c.13] Дендритная ликвация сравнительно просто устраняется при переделе слитков углеродистых и низколегированных сталей. В высоколегированных сталях вследствие низкой скорости диффузии в твердых растворах замещения выравнивание химического состава осуществляется с помощью гомогенизирующего отжига. Повышенные требования к однородности химического состава вынуждают применять гомогенизирующий отжиг и для низколегированных сталей. Например, в подшипниковых сталях структурная полосчатость устраняется по специальной технологии с применением отжига - гомогенизации. [c.13] Внепечная обработка дешевле переплава слитков и применяется с целью снижения массовых долей вредных примесей - серы-, кислорода, азота, водорода - до уровней, которые недостижимы в плавильных печах. Внепечная обработка представляет комплекс мер, выбор которых определяется назначением стали. Жидкую сталь вакуумируют, обрабатывают присадками кальция, магния, РЗМ, а также синтетическими шлаками, продувают инертными газами (обычно аргоном). [c.13] В других способах переплава масса слитка не превьш1ает 50 т, поэтому ограничен сортамент проката. В отличие от ЭШП другие способы лучше очищают сталь от расгаоримых газов, так как осуществляются при давлениях ниже атмосферного. Способы ВИП, ЭЛП, ПДП характеризуются возможностью сохранять жидкую ванну стали и регулировать ее температуру в течение продолжительного времени. Это способствует удалению газов и легкоплавких вредных примесей - висмута, свинца и др. - из жаропрочных сталей и сплавов. При необходимости ПДП осуществляется при давлении рабочей среды выше атмосферного. Это является преимуществом при переплаве сталей с высоким содержанием марганца или хрома, так как уменьшаются потери этих элементов из-за испарения. [c.13] Преимуществом сталей после переплава является однородность механических свойств вдоль и поперек направления прокатки. Это объясняется уменьшением содержания неметаллических включений, а следовательно, их влияния на образование полосчатой (строчечной) структуры и связанной с ней анизотропией механических свойств. [c.14] По расположению в металле дефекты разделяют на внутренние и поверхностные. Причинами образования внутренних дефектов являются усадка металла, ликвация, окислительно-восстановительные реакции в жидкой стали, насыщенность стали газами. Поверхностные дефекты появляются из-за окисления и загрязнений, вьщеления газов в поверхностных слоях кристаллизующегося слитка, механических воздействий и повреждений. [c.14] Вернуться к основной статье