ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Химическая неоднородность и пороки стальных слитков из "Металлургия черных металлов " Сталь затвердевает в изложнице в форме кристаллов древовидной формы — дендритов. Сначала возникает основная ось дендрита — ствол. Затем перпендикулярно стволу растут оси второго порядка — ветви дендрита. Перпендикулярно ветвям возникают и развиваются оси третьего порядка. Все они постепенно утолщаются, жидкий металл превращается в твердый. Тепло при кристаллизации слитка в изложнице отводится в направлении массивных стенок изложницы и ее дна. Оси дендритов растут в направлении, противоположном отводу тепла. [c.224] Размер и глубина залегания усадочной раковины зависит от соотношения поперечных и продольных размеров слитка. При повышении температуры разливки объем усадочной раковины увеличивается. [c.226] Структура слитка кипящей стали в продольном направлении представлена на рис. 109. При соприкосновении стали со стенками изложницы образуется тонкая плотная корочка без пузырей 1. Образующиеся при этом пузыри СО быстро удаляются в жидкий металл, толщина корочки 3—40 мм. Далее располагается зона сотовых пузырей 2, образующаяся в условиях роста дендритных кристаллов стали, главные оси которых направлены перпендикулярно к стенкам изложницы. Выделяющиеся при кипении стали пузыри СО растут между осями дендритов. Часть их успевает всплыть, а те, которые зародились тогда, когда уже в жидкой стали проросли дендриты, остаются зажатыми между осями дендритов, приобретая вытянутую форму от поверхности слитка к центру. Зона сотовых пузырей имеет высоту до 2/3 высоты слитка. В верхней части слитка сотовых пузырей нет, так как здесь газы успевают выделиться из металла. Кипение стали в изложнице искусственно прерывают, накрывая изложницу массивной крышкой или добавляя в головную часть раскисли-тели, которые подавляют кипение и облегчают быстрое образование слоя твердого металла. Верх слитка замораживается , давление внутри слитка возрастает и выделение пузырей СО прекращается, образуется зона плотного металла 3. Жидкий металл насыщается углеродом и кислородом, и, несмотря на более трудные условия, начинается выделение вторичных пузырей СО. Поскольку эти пузыри не могут подниматься вверх, они приобретают округлую сферическую форму 4. Такие же пузыри возникают и в центральной части слитка 5. В верхней части слитка вследствие повышенной загрязненности металла и всплывания пузырей образуется зона их скопления — головная рыхлость 6. Усадочная раковина в слитке кипящей стали не образуется. Ее объем распределяется по многочисленным газовым пузырям. В слитках кипящей стали благодаря перемешиванию металла поднимающимися пузырями СО не образуются крупные столбчатые кристаллы, поэтому кристаллическая структура таких слитков более однородная. Важным фактором получения качественного проката из кипящей стали является толщина корочки. При прокате корочка не должна разрываться и сотовые пузыри не должны открываться наружу, так как при этом окисляется их внутренняя поверхность. Окисленные поверхности пузырей не свариваются при прокатке и эту часть металла бракуют. Для увеличения толщины корочки сталь дополнительно окисляют либо перед разливкой, либо во время разливки, добавляя в изложницу материалы, насыщающие сталь кислородом. При этом начальная стадия кипения получается более бурной — корочка становится более толстой. [c.226] Химический состав стального слитка в различных его частях неоднороден. Неоднородность (ликвация) возникает при затвердевании слитка. Содержание примесей (серы, фосфора, кислорода и др.) и основных элементов (углерода, хрома) может различаться в несколько раз. Если в среднем в печи получают сталь, удовлетворяющую по своему химическому составу требованиям ГОСТов, то отдельные части слитка, а следовательно н изделий, которые будут получены из него, при последующей переработке могут иметь содержания серы, фосфора, превышающие в несколько раз допустимый предел, что приведет к разрушению деталей, к низким механическим свойствам. Вследствие ликвации углерода или легирующих компонентов в металле могут образоваться зоны с нехваткой этих составляющих, что приведет к снижению его свойств. [c.227] Ликвация может быть дендритной и зональной. Дендритная ликвация возникает в пределах одного кристалла. Она появляется вследствие того, что сначала кристаллизуется более чистый металл — главные оси дендрита становятся более чистыми, а потом затвердевает йолее загрязненный металл. Во вторичных осях и осях третьего и четвертого порядка содержание примесей может быть значительно больше серы — в 2 раза, фосфора — в 1,2 раза, углерода — в 0,6 раза и т. п. [c.227] В слитках кипящей стали зональная ликвация выражена значительно сильнее, чем в слитках спокойной стали, вследствие более интенсивного движения металла при его кристаллизации. В головной части слитков кипящей стали содержание серы может быть в восемь, фосфора в пять, а углерода в три раза выше среднего содержания. Для подавления ликвации в кипящей стали рекомендуется раньше прекращать кипение стали. Для этого через 1—1,5 мин после заполнения изложницы производят закупоривание слитка. Химическое закупоривание осуществляют присадкой алюминия, что приводит к остановке кипения, вследствие чего ликвация уменьшается. Такой же эффект дает накрывание изложницы после заливки кипящей стали массивными чугунными крышками — механическое закупоривание. Скопление примесей в слитке кипящей стали возрастает от поверхности к середине н к верхней части. Максимальное загрязнение в осевой части слитка на расстоянии 5—15 % от верха слитка. [c.227] Кроме рассмотренных выше усадочной раковины и ликвации имеют место с 1едующие пороки. [c.228] Поверхностные дефекты. Продольные трещины образуются в результате того, что неравномерная по толщине корочка слитка, отставшая от стенки изложницы в результате усадки, ие выдерживает ферростатического давления жидкого металла. Длина трешин может достигать 1 м. Появлению трешин способствует высокая температура металла, быстрая разливка, неблагоприятное отношение поверхности слитка к его массе. Наименьшей склонностью к образованию продольных трешин обладают слитки, отливаемые в прямоугольные изложницы с вогнутыми или волнистыми гранями. [c.228] Поперечные горячие трещины. При наличии дефекта в стенке изложницы или неплотном прилегании надставки к изложнице металл затекает в неплотность или выбоину в изложнице, и при застывании слитка и его усадке слиток подвисает в этом месте. Если корочка недостаточно прочна, то может произойти ее разрыв в поперечном к Оси слитка направлении. [c.228] Подкорковые пузыри появляются вследствие густой смазки изложницы или быстрой разливки, когда смазка не успевает выгореть и догорает в металле. Причиной появления пузырей являются также и брызги металла, застывшие на стенках изложницы. При недостаточно горячем металле они заливаются металлом, кислород скра-пинок и капелек реагирует с углеродом стали. Образующаяся СО остается в виде пузырьков в корке или подкорковом слое, так как металл в поверхностной зоне очень вязкий. Такие пороки при прокатке не завариваются и обнаруживаются на заготовке в виде волосовин— микронесплошностей металла. Поверхностные дефекты слитков обязательно удаляются при помощи огневой зачистки, вырубки, обработки наждачным камнем. [c.228] Внутренние пороки слитка более опасны, так как не видны и не могут быть устранены обработкой слитка перед его прокаткой. Часто они выявляются уже в процессе обработки изделия. [c.228] К внутренним порокам слитка, кроме ликвации, относятся внутренние трещины, возникающие вследствие повышенного загрязнения стали серой, неправильного питания жидким металлом осевой зоны слитка при его кристаллизации, охлаждения слитков на воздухе перед горячей прокатксй. [c.228] Внутренние пузыри могут появиться вследствие повышенного содержания газов в металле, недостаточной раскисленности. [c.228] Осевая рыхлость (скопления мелких усадочных пустот по оси слитка) образуется вследствие того, что при прорастании дендритов в центральной части слитка поступление жидкого металла из под-прибыльной части в межосевые промежутки затруднено. Поэтому под сросшимися мостами кристаллов могут образовываться пустоты. Увеличению осевой пористости способствует понижение температуры металла, увеличение массы слитка, недостаточная конусность слитка. [c.228] Вернуться к основной статье