1.4.Дефекты исходного металла. Дефекты слитков

К дефектам стальных слитков относятся чрезмерно выраженная химическая неоднородность в виде зональной и дендритной ликвации, повышенное содержание неметаллических включений, глубокое расположение усадочных раковин и рыхлости и ряд других, связанных с процессами разливки, кристаллизации и охлаждения стали в изложницах.

Зональная ликвация образует в слитке зоны, обогащенные вредными примесями – серой и фосфором, а также углеродом. Она сосредоточена в прибыльной и в подприбыльной частях слитка, в которых металл при кристаллизации дольше всего остается в жидком состоянии. В крупных поковках зональная ликвация может проявиться в сильной неоднородности отдельных объемов по химическому составу и механическим свойствам, появлению трещин при ковке и термической обработке.

Наиболее сильно ликвируют S и P, значительно меньше Si и Mn, углерод занимает промежуточное положение, Ni, Cr, Mo, Ti, Wo практически не ликвируют.

Дендритная ликвация – оттеснение примесей от осей дендрита к его периферии. В связи с этим наибольшее количество примесей сосредотачивается по границам дендритов. При обработке давлением этот вид ликвации приводит к появлению полосчатой структуры в прокате или поковке и, как следствие, к анизотропии механических свойств.

Усадочные раковина и рыхлость образуются вследствие уменьшения объема металла при его охлаждении и переходе из жидкого в твердое состояние. Они сосредоточены, как правило, в прибыльной и верхней частях слитка, затвердевающих в последнюю очередь. Усадочные раковины и рыхлость окислены и при ковке не завариваются. В случае их глубокого расположения в слитке они могут перейти в прокат и поковку и привести к неисправимому браку. Чтобы полнее вывести усадочную раковину и рыхлость в прибыльную часть слитка, применяют утепленные прибыльные насадки, а иногда подогрев прибылей.

Подкорковые пузыри образуются во время кристаллизации вследствие выделения газов, растворенных в жидком металле. Газовые пузыри – в кипящей стали особенно:

Н₂O + С  Н₂ + СО

или

FeO + C = Fe + CO – не раскисленная сталь,

Fe₂O₃ + 3C = 2Fe + 3CO.

Из-за газовых пузырей получаются волосовинные трещины на прокате. Если внутренняя поверхность пузыря не сообщается с атмосферой, то она не окислена и при ковке заваривается.

Плены образуются при разливке вследствие кристаллизации брызг жидкого металла на поверхности изложницы. Они не свариваются с основным металлом, наполняющим изложницу, а при ковке портят поверхность поковки.

Заворот – отогнувшаяся внутрь слитка при разливке корка застывшего металла. Она наблюдается в виде борозды на поверхности слитка, при ковке приводит к образованию поверхностных трещин.

Пояс образуется вследствие непредвиденного перерыва струи металла при заливке, в результате чего окисляется поверхность металла в момент перерыва, затем эта поверхность заливается. Окисленная пленка разъединяет слиток на две части, которые при ковке не свариваются.

Неметаллические включения – частицы огнеупорного материала печи и разливного ковша, попавшие в слиток с жидким металлом, а также шлак, не успевший отделится от жидкого металла. Они понижают пластичность металла приковке, снижают механические свойства поковок, являются концентраторами опасных напряжений в деталях машин.

Наружные трещины возникают от термических напряжений при охлаждении слитка в изложнице.

Транскристаллизация – резко выраженный рост крупных кристаллов при кристаллизации высоко легированных сталей, например хромистых, в направлении, перпендикулярном стенкам изложницы. При обжатии таких слитков сдвиги хрупких кристаллов могут привести к появлению трещин и разрушению поковки. Пластичность определяется протяженностью зоны транскристаллизации. Для ее уменьшения уменьшают температуру остывания, вибрируют изложницы, применяют скоростную разливку.