Внутренние дефекты

Внутренние дефекты стальных слитков связанны с кристаллическим строением, химической неоднородностью, нарушением сплошности металла из-за наличия усадочных дефектов, трещин, неметаллических включений.Размер зерна литой стали зависит от ее химического состава. Некоторые марки стали, особенно никелевые и хромоникелевые, склонны давать крупное зерно. Увеличение содержания углерода и фосфора способствует увеличению размеров кристаллов. Крупнозернистая структура металла обусловливает невысокие механические свойства заготовок и готовых изделий и способствует получению грубых рванин при ковке и прокатке слитков.Для получения мелкозернистой структуры слитка необходимо понижать температуру жидкой стали и скорость разливки. Весьма эффективным средством является применение внешних воздействий на кристаллизующийся металл, например, вибрации. Возможно применение отжига слитков (при этом достигается также снижение химической неоднородности), однако эта операция является трудоемкой и энергозатратной.Как уже отмечалось в главе 3 (см. рис. 3.6), осевая зона слитка, затвердевая последней, имеет наиболее неблагоприятные условия для формирования твердой однородной структуры. В результате последовательной кристаллизации металла от стенок изложницы к центру в осевой зоне слитка образуется протяженный канал с жидким металлом. В интервалах между циклами оседания свободных дендритов из расплава в сформированном к этому времени кристаллическом каркасе продолжаются процессы затвердевания, сопровождающиеся ликвацией примесей.Объемная усадка затвердевающего металла при этом обусловливает формирование в твердом каркасе внутренних напряжений, которые при низкой прочности стали в области температур затвердевания могут деформировать слоистую структуру, способствуя более четкому проявлению V-образного строения осевой зоны слитка. При последующем затвердевании изолированных осевых объемов внутри каждого из них происходит перемещение расплава на подпитку более низко расположенных горизонтов слитка, затвердевающих раньше. При этом расплав, компенсирующий усадку, поступает из вышележащих участков, которые, затвердевая последними, имеют максимальную пористость и рыхлость, что обусловливает пониженное значение их плотности и твердости. На заключительном этапе затвердевания прекращается восполнение усадки прибылью, а недостаток питающего расплава служит причиной образования усадочных пор и рыхлости в осевой зоне слитка.Кроме того, в осевой зоне крупного слитка могут наблюдаться внутренние горячие трещины, которые обусловливаются высоким уровнем внутренних усадочных напряжений, возникающих в затвердевающем слитке, и развитием осевой химической неоднородности, существенно снижающей прочностные характеристики горячего металла. Как правило, эти трещины имеют V-образную форму и совпадают с расположением V-образной ликвации.К образованию внутренних трещин особенно склонны слитки малотеплопроводных легированных марок стали. Внутренние трещины возникают при большой разности температур наружных (остывших) и внутренних (горячих) слоев слитка. Сжатию внутренних слоев слитка препятствуют уже остывшие наружные слои. Для предотвращения внутренних трещин нельзя допускать резкого охлаждения слитков. При ковке слитков с внутренними трещинами возникают так называемые «скворечники» (открытые полости на поверхности заготовок).Наиболее склонной к поражению дефектами усадочного и ликвационного характера является область, расположенная непосредственно под прибылью слитка. Это, прежде всего, связано с тем, что она затвердевает едва ли не в последнюю очередь. Это обусловливает развитие высокой степени химической неоднородности в осевой зоне под прибылью. В крупных слитках степень ликвации углерода и серы в области, расположенной под прибылью, может составлять от 100 до 150% и более. Следовательно, в этом случае вполне вероятной представляется ситуация, когда металл головной и донной частей слитка будет соответствовать разным маркам стали. Это, в свою очередь, создает дополнительные затруднения при термообработке изделий.