Строение стального слитка (рис. 10м)

Строение слитка зависит от способа раскисления стали. В зависимости от способа раскисления различают спокойную, полуспокойную и кипящую стали.

Спокойную стальраскисляют марганцем (Mn), алюминием (Al) и кремнием (Si).

Раскисление спокойной стали заканчивается в сталеплавильном агрегате или в разливочном ковше.

Раскисление полуспокойной стали( раскислителиMnиAl) икипящейстали (раскислительMn) не заканчивается в ковше и сталеплавильном агрегате, а продолжается в изложнице. Процесс раскисления идет по реакции:FeO+C→Fe+CO↑. ПузырькиCO, всплывая на поверхность, создают впечатление кипения стали.

После затвердевания в слитках стали присутствует структурная и химическая неоднородность.

Рис. 10М Строение стального слитка

мелкие равноосные кристаллы (корка); 2- крупные столбчатые кристаллы; 3- неориентированные крупные кристаллы; 4- усадочная раковина; 5- газовые раковины (поры)

Строение слитка спокойной стали (рис. 10м, а,г)

Спокойную сталь разливают в изложницы, расширяющиеся к верху (рис. 8М, в).

Структурная неоднородность (рис. 10М, а), связана с неравномерным распределением температур и различными скоростями охлаждения металла по объему слитка.

- Разнозернистость по объему слитка.

Кристаллизация слитка начинается от стенок изложницы. Скорость кристаллизации в этих объемах максимальна, поэтому там образуются мелкие равноосные кристаллы (1). В объемах более близких к центральным областям слитка скорость охлаждения ниже и там образуется крупные столбчатые кристаллы ( 2 ). В объемах, близких к оси слитка, скорость охлаждения минимальна и там образуются неориентированные крупные кристаллы (3). Разнозернистость по объему слитка приводит к неоднородности механических свойств. Участки, имеющие мелкое зерно, обладают высокой пластичностью. Крупное зерно приводит к уменьшению пластичности.

- Наличие дефектов слитка.

Вследствие неравномерного распределения температур по объему слитка, а следовательно, неравномерной усадки отдельных ее частей, в верхней части слитка образуется концентрированная усадочная раковина (4). Для снижения объема усадочной раковины в слитке спокойной стали в изложнице предусмотрены прибыльная надставка, снабженная огнеупорной массой малой теплопроводности (рис. 8М, а,в поз. 8 и 9 соответственно). Огнеупорная масса малой теплопроводности обеспечивает более длительное существование металла в расплавленном состоянии, что позволяет подпитывать усадку твердеющего слитка расплавленным металлом.

Прибыльная часть слитка после его затвердевания удаляется в отход. Т.к. в слитке спокойной стали присутствует концентрированная усадочная раковина в отход идет до 30% от массы слитка

Химическая неоднородность связана с изменением растворимости примесей в жидких и твердых фазах (растворимость примесей в жидкой фазе значительно выше, чем в твердой).

- Дендритная ликвация (неоднородность).

По мере роста дендритов растворимость примесей (S,P, С) меняется (растворимость примесей в жидкой фазе значительно выше, чем в твердой). Поэтому участки дендритов, кристаллизующиеся в последнюю очередь, обогащены примесями. Это приводит к возникновению химической неоднородности в пределах одного дендрита (кристалла), называемой дендритной ликвацией.

Дендритная ликвация приводит к возникновению полосчатой структуры при прокатке, что вызывает анизотропию свойств стали (пластические свойства стали в направлении поперечном прокатке значительно ниже, чем в продольном).

- Зональная ликвация (неоднородность) (рис. 10М, г).

В различных зонах всего слитка концентрация примесей различна вследствие неравномерного распределения температур по его объему. Особенно велика концентрация примесей в верхней части слитка, кристаллизующегося в последнюю очередь (рис.10М, г).

Химическая неоднородность в объеме всего слитка называется зональной ликвацией. Зональная ликвация может привести к выбраковке слитка вследствие несоответствия полученного химсостава стали заданному.

Строение слитка кипящей стали (рис.10М, б и д)

Кипящая сталь разливается в разъемные изложницы , расширяющиеся к низу (рис. 8, а).

Структурная неоднородность (рис. 10М, б).

- Разнозернистостьтакая же , как и в слитке спокойной стали.

- Наличие дефектов слитка.

Слиток кипящей стали, в отличии от слитка спокойной стали, кристаллизуется с выделением пузырьков СО, которые перемешивают жидкую сталь, способствуя выравниванию температуры по объему слитка. Поэтому концентрированная усадочная раковина в слитке кипящей стали отсутствует, что позволяет удалять в отход меньший объем металла (5-8% от массы слитка). Однако в слитке кипящей стали присутствуют газовые раковины (поры) 5. Вследствие того, что пузырьки СО не успевают полностью выделиться из расплавленного металла и остаются в твердом слитке, в нем образуются поры. Это приводит к снижению плотности слитка по сравнению со слитком спокойной стали. При прокатке слитка поры подвариваются.

Химическая неоднородность.

- Дендритная ликвациятакая же , как и в слитке спокойной стали.

- Зональная ликвация(рис. 10М, д).

Выделяющиеся из расплавленного металла пузырьки СО захватывают примеси (S,P, С) и неметаллические включения (FeO,MnO,Al₂O₃,SiO₂, нитридыFe₄N) и выносят их на поверхность слитка. Снижение содержания в слитке кипящей стали неметаллических включений и вредных примесей приводит к повышению пластичности металла слитка по сравнению со слитком спокойной стали. Однако, скапливание примесей и неметаллических включений в верхних объемах слитка приводит к резкому повышению степени зональной химической неоднородности. Зональная ликвация в слитке кипящей стали значительно выше, чем в слитке спокойной стали.

Для снижения зональной ликвации кипение стали после заполнения изложницы прекращают, накрывая изложницу массивной крышкой (механическое закупоривание) или раскисляя сталь AlилиFeSiв верхней части слитка (химическое закупоривание).