10.3. Проблема качества слитка

Качество слитка определяется уровнем развития различного вида дефектов.

Под дефектами слитка понимают такое неблагоприятное состояние внешних и внутренних областей слитка, которое приводит в процессе пластической обработки металла к возникновению неоднородности (не сплошности) изделий, т.е. заготовок.

Существует два типа дефектов слитков:

1. внешние;

2. внутренние.

/Литература: Атлас дефектов стали. Дефекты стали (справочник) под ред. Виноградова. 1984 г./

Внешние дефекты: трещины, продольные, поперечные, сетка трещин, раковины, скопление НВ, подкорковые пузыри, корочка.

Для непрерывной заготовки: волнистость, ромбичность, коробление.

Внутренние дефекты: усадочная раковина, межкристаллитные трещины, осевая пористость.

Для непрерывного слитка осевые трещины.

Различные виды химической неоднородности (ликвация), НВ, газовые пузыри, кристаллическая неоднородность.

Условия формирования (получения) качественного слитка определяются:

1. Условием выплавки и внепечной обработки металла. Например: избыточная по отношению к -Fe сера выделяется по границам зерен аустенита, образуя легкоплавкую сульфидную фазу - эвтектику FeS-Fe, t_пл = 988^оС. Поэтому при деформации металла, при температурах выше 1000^оС, происходит разрушение стали по участкам сульфидной фазы. Наличие легкоплавкой сульфидной фазы и определяет воздействие серы - охрупчивание фазы при горячей дефосфорации  1200^оС. При этой температуре границы зерен оплавляются, что приводит к потере пластичности - это явление называется красноломкостью.

2. Условиями разливки стали (способ разливки, температура разливки, скорость использования специальных технологических приемов), явлением усадки стали.

3. Условиями формирования слитка, подразделяющимися на два уровня:

   1. кристаллизацией стали,

   2. затвердеванием стали.

Под кристаллизацией стали понимают условия зарождения и роста кристаллов. С ней связаны: неоднородность кристаллического слитка, зарождение и рост НВ, неоднородность структуры и химического состава кристаллов. От условия кристаллизации зависит тип кристаллов, химическая неоднородность и др.

Под затвердеванием понимают макроскопический процесс перехода металла из жидкого в твердое состояние, связанный с теплопроводностью, гидродинамикой и термопластичностью.

Затвердевание охватывает явление переноса тепла из более горячей зоны слитка (центра) в периферийную (более холодную) и в окружающую среду; явление продвижения фронта кристаллизации (конфигурацию и скорость перемещения); оценку времени полного затвердевания слитка; явление перемешивания и переноса вещества в не затвердевшей части слитка; явление возникновения напряженного состояния в затвердевшей части слитка и нарушение сплошности.

10.3.1. Усадка стали

Явление усадки стали развивается в условиях охлаждения жидкой стали, затвердевания металла и охлаждения твердой стали.

Усадка стали обусловлена общей физической закономерностью снижения объема тела (удельного) при понижении температруры.

V_t = V_o   _V (t_o - t), (10.3)

где: t_o, t - начальная и текущая температуры стали; V_o, V_t - начальный объем стали и объем соответствующий температуре t; _V - коэффициент объемной усадки.

Дефекты слитка, обусловленные протеканием процесса усадки:

1. усадочная раковина;

2. усадочная пористость;

3. усадочные трещины.

Усадочная раковина - наиболее опасный дефект слитка стали, поражает головную часть слитка. Головная обрезь прокатных заготовок может достигать 1416%.

Усадочная раковина характеризуется:

• относительным объемом усадочной раковины;

• относительной глубиной.

Для уменьшения усадочной раковины необходимо:

1. Обеспечить конусность слитка, но величина конусности ограничена углом захвата валками.

2. Изменить условия охлаждения слитка: обеспечить теплоотвод через дно слитка, теплоизоляцию верха слитка, а в лучшем случае теплоподвод. Это реализуется тем, что:

а) формирование слитка реализуется на металлическом поддоне;

б) верхняя часть слитка может накрываться прибыльной надставкой, футерованной огнеупором (шамотом);

в) на поверхность разливки засыпается экзотермическая смесь - люнкерит (древесный уголь, ферросилиций, алюминий - горючие материалы, окислитель-окалина; наполнитель-шамот).

Больше всего вариантов по прибыльной надставке. Вместо прибыльной надставки сейчас используют теплоизолирующие плиты (песчано-целюлозные плиты - 75% кварцевого песка и бумага), которые крепятся скобами.

Теплопроводность этих плит составляет 1/10 теплопроводности шамота.

Усадочная пористость. Пористость является следствием усадки металла в микрообъемах, изолированных от жидкого металла в слитке.

В незамкнутых микрообластях усадка компенсируется поступлением жидкого металла. Замкнутая микрообласть и усадочное явление не компенсируется поступлением жидкого металла и образуется микропора. Эта ситуация более вероятна при формировании центральной зоны крупных равноосных кристаллов, поэтому центральная зона - зона сосредоточенности пористости.

Технологические параметры для снижения усадочной пористости:

• снижение вязкости металла (чем выше вязкость металла, тем больше зона пористости, ухудшаются условия удаления газов);

• создание определенных условий охлаждения слитка;

• изменение условий разливки (разливка под давлением снижает пористость, при непрерывной разливке длина слитка увеличивается, что приводит к снижению усадочной пористости).

Трещины появляются вследствие термических или гидравлических напряжений, возникающих при охлаждении слитка.