Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

книги из ГПНТБ / Сергеев, А. Б. Вакуумный дуговой переплав конструкционной стали

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

19.10.2023

Размер:

7.12 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1314 / 2014 15 16 17 18 19 20 > Следующая >>>

А н ал оги чн ая зависим ость выполняется и для р асстоя ний м еж д у центрами элементов ячеистой структуры , ко торы е, подобно осям дендритов первого порядка, растут

вглавном направлении кристаллизации .

Дл я многокомпонентны х сплавов и, в частности, для

стали в ф о р м ул у (48) следовало бы ввести обобщ енные характеристики т', С0 и к’л. Е сли учесть, что тем пера

турный интервал кристаллизации сплава равен

то для стали		Л Гкр -	n C o V - t o ) t	(49)
			k<S
		и других слож ны х сплавов м ож но записать
		*, = « V	b T lpk’0DIGnw.	(50)
Э т а ф о р м у л а , несмотря на затруднительность				оценки
величины	k’0,	позволяет	судить о влиянии основны х п а

рам етров затвердевания на дисперсность первичных осей

дендритов. И м ею тся экспериментальны е данны е			[75, 87,
8 9 ], подтверж даю щ и е прямо пропорциональную			зави си
мость	1\	от (ДГкр/G Hny),/2.
Значительно слож нее дать количественное описание
расстояний м еж д у вторичными ветвями дендритов			k.	Эти

расстояния , по-видим ом у, правильнее считать функцией средней относительной скорости затвердевания, т. е. про

долж ительности пребы вания м еталла в		двухф азн ом со
стоянии т,ф. Соответствую щ ая	ф орм ула	имеет вид
1-2= К	Р>	(51)

где ß и п— постоянны е, причем показатель степени п, по

разны м данны м , составляет от 0,25	[75]	до	0,39 [9 1].
В заклю чение необходимо отметить,	что	мы	отнюдь не

случай н о уделили так много внимания влиянию р азли ч ных ф акторов , преж де всего температурного градиента и линейной скорости затвердевания, на дисперсность кристаллической структуры м еталла. Д е л о в том , что м еж - осиы е пром еж утки представляю т собой пространствен ную характери сти ку дендритной химической неоднород ности, которая наряду с абсолю тны ми значениями к о эф фициентов ликвации , а нередко д а ж е в больш ей степени, чем эти коэф фициенты , предопределяет уровень гом оген ности деф орм ированной стали.

И звестн о [8 3 ], что наиболее характерны м п роявле нием дендритной неоднородности в такой стали является

131


структурная			полосчатость (рис. 56). Е е		усиление со п р о
вож д ается		заметны м сниж ением		свойств	м етал л а ,		и в то
ж е время		очевидна связь степени		развития полосчатости
с дисперсностью дендритной структуры .						(степень
Т а к ,	в деф орм ированной стали З О Х З С Н М Ф В
обж ати я	3)		при увеличении ди ам етра		слитка	с	200 до
460 мм балл			структурной полосчатости		(по ш кал е		Г О С Т

Рис. 56. Структурная полосчатость дефор мированной стали ЗОХЗСНіѴѴВФ. ХІ00

801— 60 для	подш ипниковой		стали )	возрос		с	1 до	3,5
(табл . 2 7 ).	Этот результат		явно следует		из	увеличения
расстояний	м еж д у осям и дендрнтов			(см .	табл . 2 6 ).
					Т а б л и ц а			27
	Влияние диаметра кристаллизатора
	на структурную полосчатость
	деформированной стали ЗОХЗСНМФВ
Диаметр кристаллизатора,		Размер кованой		Структурная полосча
мм		заготовки, мм			тость,		балл
320		150			1,0—		1,5
400		200			1,5— 2,0
460		230			3 ,0 — 3,5
Исходный металл		200			2,5 — 3,5

132

			Т а б л и ц а 28
	Влияние деформации и термообработки
на структурную полосчатость стали ЗОХЗСНМФВ-ВД
		слитка диаметром 460 мм	П о л о с ч а т о с т ь ,
Р а з м е р кованой	заготовки	Р е ж и м тер м ообработки	П о л о с ч а т о с т ь ,
Р а з м е р кованой	заготовки	Р е ж и м тер м ообработки	б ал л
230		В состоянии поставки	3,0—3,5
100		То же	4,0
230		Гомогенизирующий отжиг	1.0

230Гомогенизация и нормализа ция

Вэксперим ентах с этой сталью увеличение степени

деф орм ац ии не оказал о		сколько-нибудь зам етного влия
ния иа структурную полосчатость.				Сущ ественного о сл аб
ления	ее удалось достичь в		результате гом огенизирую
щ его	отж ига заготовки	(табл.	2 8).	О чевидно,	что эф ф е к
тивность такого отж ига		будет тем		вы ш е, чем	дисперснее

литая кристаллическая структура м еталла. П олучению такой структуры долж но способствовать проведение пе р еп л ав а при относительно небольш ой скорости , когда у всех участков ф ронта затвердевания обеспечивается д о

статочно высокий температурны й градиент.
Соблю ден и е этого	условия позволяет одновременно
и збеж ать образования	некоторы х деф ектов	м акрострук
туры слитка.
ЛИКВАЦИОННЫЕ ДЕФЕКТЫ МАКРОСТРУКТУРЫ
В структуре слитков В Д П в зависимости		от их со ста

ва и условий получения иногда обн аруж и ваю тся д еф ек ты явно ликвационного происхож дения д в ух разновидно стей. О д н у из них м ож но квалиф ицировать как встр еча ю щ ую ся и в обы чны х слитках внеосевую неоднородность. В то р ая специф ична для слитков В Д П и получила н азва

ние «пятнистая л и квац и я »1.	возникновения этих
В настоящ ее время об услови ях	возникновения этих
деф ектов известно гораздо больш е,	чем о м еханизм е их

обр азован и я , особенно пятнистой ликвации (внеосевая

неоднородность изучалась и ранее,	на обычных	слитках
1 Более точным представляется термин	«пятнистая	неоднород
ность».

133

и о тл и вк ах ). М ы считаем полезны м познаком ить читателя с особенностями указан н ы х деф ектов и рассм отреть ос

новные способы их предупреж дения .

Пятнистая ликвация представляет собой р азн ови д ность локальной химической неоднородности стали . И на

продольны х, и на поперечны х тем плетах она вы является в виде небольш их участков повыш енной травпм ости , при


чем на продольны х р азр езах эти участки						располож ены
		по контуру ж и дкой							ванны
		(рис.	5 7),		а	на		попереч
		ных	они	ориентирую тся						по
		р ад и усу ,		но,		как		правило ,
		см ещ ены		один		относительно
		другого таким о бр азо м , что
		создается			картина			зав и хр е
		ния (рис. 57).							пятни
		Степень			развития
		стой ликвации в сл и тках в
		зави сим ости от условий								пе
		реплава		м ож ет			быть		сам ой
		различной .			Э то			учтено		в
		Г О С Т 10243— 62					на		м ак р о
Р и с . 58. П я т н и с т а я л и к в а ц и я в д е		стр уктур у			стали			(рис. 58).
		О тличительная							особ ен
ф о р м и р о в а н н о й	с т а л и В Д П ( ш к а л а
Лг9 36 Г О С Т	10 24 3 -6 2, б а л л 5)	ность	участков			повыш енной

134

Т а б л и ц а 29

Результаты мпкрорентгеноспектрального анализа металла с пятнистой ликвацией

	С т а л ь	С г		С о д е р ж а н и е , %					T i
	С т а л ь	С г		S i		I	M n		T i
25Х2ГІТТА		1,90		0,52			1,37
25Х2ГІТТА		1,42		0,37			1,17
		1,42		0,37			1,17
30ХГСНА		1,40		1,27			1,41
30ХГСНА		1,10		1,08			1,12
		1,10		1,08			1,12
12X2H4A		1,82		0,22			0,62
12X2H4A		1,53		0,21			0,45
		1,53		0,21			0,45
40XH2CMA		1,01		1,00			0,76
40XH2CMA		0,93		0,87			0,61
		0,93		0,87			0,61
П p и м е ч а н и e . В ч и сл и т е л е — р е зу л ь т а т ы а н а л и з а т е м н о го п я т н а , в з н а
м е н а т е л е — о сн о в н о го м е т а л л а .
травим ости — крайне			редкое		располож ени е				в них	ден
дритны х осей (см . рис.			61).	В о кр уг каж дого					такого	у ч а
стка	о бн ар уж и вается		при	небольш ом			увеличении			свет
л ая	кром ка из	очень м елких			кристаллов,			а	в центре —
грубы е поры усадочного происхож дения.
М икрорентгеноспектральны м						анализом 1 обнаруж ено
зам етное повыш ение концентрации хр о м а ,								крем ния,		м а р
ган ц а и титана		(табл .	29)	в	ликвационны х				пятнах по

сравнению с основным м еталлом .

В м икроструктуре пятен обн аруж и ваю тся сравни тель но крупны е неметаллические вклю чения, характер кото

ры х зави сит от состава			стали . Т ак , в м еталле, не содер
ж а щ е м	титана (1 2 Х 2 Н 4		А	и З О Х Г С Н А ) ,	это п реи м ущ ест
венно	сульф иды	ж ел еза		и м арган ц а. В	стали с неболь
ш ими добавк ам и		титана		(2 5 Х 2 Г Н Т А	и 4 0 Х Н 2 С М А ) в
пятн ах	обн ар уж и ваю тся			тонкие нем еталлические вклю

чения розового цвета с серым оттенком, расп ол агаю щ и еся

в основном	по границам зерен, иногда в виде	эвтекти
ки (рис. 5 9).	П о м еталлограф ическим признакам	они мо-

1 Локальный анализ состава металла в участках различных форм макронеоднородностп выполнен в работе, проведенной совместно с Е. Б. Качановым.

135


гут быть отнесены к карбо-	п оксп сул ьф н дам ти тан а. Н а
конец, в стали с ниобием	(1 5 Х С 1 М Ф Б ) в ликвационны х
у ч аст к ах встречаю тся колонии карбопптри дов ниобия.
Соверш енно очевидно, что увеличение		количества и
разм еров нем еталлических включении в		ликвационны х

Р и с .	59. М и к р о с т р у к т у р а	д е ф о р м и р о в а н н о й стал и
а —	4 0 Х Н 2 С М А с п я т н и ст о й	л и к в а ц и е й . X10U:
	иетравленный шлиф; б — травление в 2%-ном рас
	творе I-INO3	в спирте


пятнах является причиной	общ его усиления загрязн ен н о
сти стали , переплавленной	с вращ ением		ж и дкой ванны
(см . рис. 34).		стали		обл ад аю т
Н екоторы е м арки конструкционной
различной склонностью к обр азован и ю		пятнистой л и к в а
ции. П р и этом , как показы вает табл . 30,			наиболее зам ет
ную роль играет содер ж ан и е в стали угл ер од а ,				поскольку

все плавки проводили на одних и тех ж е п ечах , при д о статочно близких технологических р е ж и м а х . Д оп ол н и -

136

Т а б л и ц а 30

Влияние химического состава стали на ее пораженность пятнистой ликвацией

С т а л ь	С р о д н е е с о	Ч и с л о п р о к о н т р о	К о л и ч е с т в о о б р а зц о в
С т а л ь	д е р ж а н и е	Ч и с л о п р о к о н т р о	с п я т н и ст о й л и к в а ц іг
	у г л е р о д а . %	л и р ов а н н ы х о б р а зц о в	ей , %
12Х2Н4А	0,12	2430	1,65
25X2ГНТА	0,24	992	2,10
ЗОХГСНА	0,30	2938	4,22
40ХН2СМА	0,40	715	5,30

тельное подтверж дение было получено при анализе от браковки по пятнистой ликвации некоторы х м ар ок . С т а

тистически достоверная зависим ость от содерж ания	угл е
рода бы ла установлена, в частности, для стали 1 2 Х	2 Н 4 А .
С л ед ует отметить, что все эти, а такж е и приводимые ни

ж е данны е были получены в период освоения переплава конструкционной стали , до создания стабильной техноло


гии, обеспечивш ей			резкое сокращ ение				отбраковки м е
т ал л а .				Г . Н .	О корокова [52]			и более позд
И ссл едован и ям и
ними работам и		[21,		92]	установлено,		что	образование
пятнистой ликвации				однозначно		связано		с	вращ ением
ж и дкого	м еталла		в	процессе наплавления					слитка.	Э то
вращ ение	вы зы вается взаимодействием						магнитного			поля
с проходящ и м		через		ж идкий металл током .					В связи		с
этим степень развития пятнистой						ликвации			зависит		от

уровня магнитного поля в зоне плавления, которы й, как о к азал ось , зам етно отличается на разны х печах, д а ж е при одинаковой конструкции как сам и х печей, так и токопод вода . С увеличением средней напряж енности продольной составляю щ ей магнитного поля с 2,6 до 4,9 Э , количест во слитков с деф ектом увеличилось в четыре р аза , одно временно уси ли лась и степень его развития, оцениваем ая

вб а л л а х (табл . 31).

Дл я обн ар уж ен и я , исследования и нейтрализации м аг нитных полей потребовалось создание специальной м ето

дики и аппаратуры [19, 9 3 ]. О к азал о сь , в частности , что в конструкционной стали пятнистую ликвацию м ож ет вы

звать очень сл абое ,		незаметное в ходе переплава в р ащ е
ние ванны .	О бн ар уж и ть его удается ,		лиш ь н аблю дая за
поведением	пленки	ш лака в момент	вы клю чения печи.
Е сл и до этого ш лак		под действием дуги смещ ен к краю

ванны и беспорядочно дви ж ется то в одну, то в др угую сторону, то после вы клю чения он обы чно ср а зу см ещ ае т ся к центру II либо остается затем в покое (ванна непод в и ж н а ), либо начинает двигаться в определенном н а п р а в

лении.

В последнем сл учае , как

правило ,

м ож но у т в е р ж

дать, что перед выклю чением

ванна в р а щ а л а сь .

Д л я

нейтрализации магнитного поля успеш но исполь

зован принцип ком пенсации :

при пом ощ и солен ои да,

н а

мотанного поверх кри сталли затора, создается поле,

р а в

ное по

величине п противополож ное

по зн ак у

собствен

ному полю

печи,

действую щ ем у

в зоне плавления . Этот

метод дает

возм ож ность

не только

полностью устранить

пятнистую

ликвацию ,

по т ак ж е

зам етно

уменьш ить

р а з

витие в стали др уги х,

менее грубы х

наруш ений

одн ород

ности м акроструктуры , в

частности

так

назы ваем ой

то

чечной неоднородности , (табл . 32).

образования

П ри

анализе

возм ож ного

м ехан и зм а

пятнистой ликвации учиты ваю т

преж де

всего

связь

д е

фекта с вращ ением м еталла.

В принципе оно м ож ет ,

как

II всякое движ ение ж идкой ф азы относительно ф ронта з а

твердевания [9 4 ], усиливать

эф ф ект

перераспределения

примесей в двухф азн ой зоне.

в какой

части

двухф азн ой

Д л я

того чтобы вы яснить,

зоны возникает

неоднородность,

провели

специальны е

опыты

на лабораторной

печи

кристаллизатором диа-

Т а б л и ц а 31

Влияние магнитного состояния печей

на пораженность стали ЗОХГСНЛ пятнистой ликвацией

Н а п р я ж е н н о с т ь м а г

Ч и с л о

К о л и ч е с т в о сл и т к о в . % . с п я т н и ст о й л и к в а

н и тн ого п о л я в

зо н е

ци ей

б а л л а

2 ,0 — 3 .0

п л а в л е н и я * ,

сл и тк о в

0 .5

1 ,0 — 1,5

2 ,5 - 2 ,7

85,7

14,3

—

2,6

2 ,9 — 4,0

65,5

27,6

6,9

3,4

2 ,9 — 6,6

38,2

35,3

14,7

11,8

4,9

* В ч и сл и т е л е — п р о д е л ь н ы е з н а ч е н и я ; п з н а м е н а т е л е — ср е д н и е .

138

t а б л и ц а 32

Влияние компенсации магнитного поля на степень развития точечной неоднородности стали ЗОХГСНА

	Т е х н о л о ги я п л авк и	Ч и с л о к о н т	К о л и ч е ст в о о б р а зц о в (% ) с т о -
	Т е х н о л о ги я п л авк и	р ол ьн ы х	чечноЛ	н е о д н о р о д н о ст ь ю			б а л л а
		те м п л ет о в	0	1	1	1	2
Без	компенсации . . .	1569	56		22		22
С	компенсацией . . .	379	63		33		4
метром 130 мм [3 8 ].		Н а трех п л авках		в ф иксированны е

моменты времени в слиток вводили две добавки серни стого ж ел еза н ф ер ровольф рам а. Ч ер ез определенное врем я после первой добавки вклю чали соленоид, а после второй его вы клю чали . Т ак ая методика позволила с уче том скорости плавления нанести на серный отпечаток

полож ения ф ронта кристаллизации				(верхней	границы
двухф азн ой области ) в ,		моменты вклю чения и вы клю че
ния соленоида (рис.	60	1,2).	В и д н о ,	что м еж д у этими
линиями и находятся	все ликвационны е пятна,				однако ин

тересную дополнительную инф орм ацию об их р асп ол о ж ении д ал о исследование дендритного строения м еталла в зо н ах н ачала и остановки вращ ения (рис. 61). П о сл е вклю чения соленоида характер структуры м еталла изм е нился: вместо столбчатой она стала неориентированной.

П ервы е	пятна неоднородности сравнительно небольш ого
р азм ер а	(на рис. 61, а показаны стрелкам и ) о б н ар у ж и
ваю тся	в сам ой верхней части столбчатой зоны , однако
все крупны е пятна р асполагали сь лиш ь в зоне неориен

тированной структуры .	Вы клю чение соленоида со п р о вож
д ал о сь восстановлением столбчатой		кристаллизации
(рис. 6 1 ,6 ) , при этом	отдельные мелкие	участки л и к в а

ции о бразовал и сь в самой верхней части зоны неориенти рованны х кристаллов, тогда как крупные пятна удалены от границы столбчатой структуры на 8— 12 м м , что соиз меримо с шириной двухф азной области .

П о ск о л ь к у граница столбчаты х и равноосны х кри стал лов соответствует, по-видимому, полож ению ф ронта з а твердевания в моменты н ачала и остановки вращ ения , то появление м елких неразвитых пятен в верхней части столбчатой зоны м ож но рассм атривать как следствие некоторого влияния начавш егося вращ ения на верхню ю

139

часть	двухф азной области .	К ри сталли зац и я н ач ал ась до
вклю чения соленоида, т. е.		без вращ ения м етал л а , поэто-
том у	такое зап озд алое усиление эф ф екта		пер ер асп р ед е
ления	примесей оказал ось	недостаточны м	для полного

развития неоднородности.

Р н с . 60. С е р н ы й		о т п е ч а т о к с л и т к а д и а м е т р о м 130 м м (/ и
2	— п о л о ж е н и я ф р о н т а к р и с т а л л и з а ц и и		в м о м е н т ы в к л ю ч е н и я
	и	в ы к л ю ч е н и я с о л е н о и	д а ) [38]


В м есте	с тем после вы клю чения		соленоида то ж е воз
никла зона	недоразвиты х пятен, р асп о л о ж ен н ая , видимо,
в верхней	части сущ ествовавш ей в		момент вы клю чения
двухф азн ой области . В этом		сл учае	кри сталли заци я н а
ч ал ась в усл ови ях вращ ен и я ,		но закон чи лась после о ст а

новки ванны . С ледовательн о , для полного развития пят нистой ликвации в той или иной зоне н еобходим о , чтобы весь пли почти весь цикл кристаллизации м еталл а в ней проходил в усл ови ях вращ ения .

О дним из ф акторов , бл агопри ятствую щ и х возникнове нию пятнистой ликвации в сл учае вращ ения м еталл а, следует признать образован и е равноосной неориентиро ванной структуры . П р и этом создаю тся услови я для по-

140

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1314 / 2014 15 16 17 18 19 20 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ