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

Р п с . 70. С в е т л ы й к о н т у р в д е ф о р м и р о в а н н о й с т а л и В Д Г Г ( ш к а л а 10а,

снимки

Г О С Т

10243— 62, б а л л 5)

перпенди­

тангенциальны х

ш лиф ов, вы резанны х

кулярно р ад и усу слитка

по светлом у

контуру

(рис.

71, в,

г).

Н а

этих ш л и ф ах светлый контур

вы является в

виде

с тонкими

границам и м еж ду

ними. Т ак ая

картина полу ­

чена именно в тех участках

ш лиф ов,

где светлый контур

п опадал в

разр ез

(слева

на рис. 71, б

и

сп р ава иа

рис 7 1 ,г ) .

как и в сл учае по ­

М икроспектральное исследование,

слойной кристаллизации ,

не

выявило

сущ ественной р а з ­

ницы в ликвации хр о м а ,

хотя

его содерж ание в светлом

контуре (I)

и в осях и в м еж осны х участ ках

несколько

понизилось

(сталь

12Х 2 Н 4 А )

по сравнению

с

основным

м еталлом (II)

I

и

Содержание хрома, %:

по оси........................

1,3

1,65

в межосном участке.

1,65

1,83

Степень ликвации, %

•

21,2

15,3

Т а б л и ц а 36

Содержание некоторых элементов

в зоне светлого

контура

М е с т о о тб о р а п р об ы

С о д е р ж а н ію , %

S

Р

с

Светлая полоса

0,007—0,008

0,008—0,009

0,14—0,16

Основной металл

0,009—0,010

0,009

0,15—0,17

П р и м е ч а н и е .

И с с л е д о в а л и с л и т о к

д и а м е т р о м 320 м м

с т а л и 1 2 Х 2 Н 4 А ,

Р и с . 71. Д е н д р и т н о е ст р о ен и е с т а л и І2 Х 2 Н 4 А с о

св е т л ы м к о н т у ­

а

р о мб:

— п о п ер е ч н ы й

р а з р е з .

Х 5 ;

— п о п е р е ч н ы й р а з р е з , Х З ;

е , г — т а н ге н ц и а л ь н ы е р а з р е з ы п о с т р е л к а м

А и Б .

Х 5

Р н с . 73.

М и к р о с т р у к т у р а

ст а л и 12 Х2 Н 4 А в зо н е

св ет л о го

к о н т у р а

(а) и н а

п о ­

л о в и н е

р а д и у с а с л и т к а

( б ); т р а в л е н и е 2 % -пы м

р аст в о р о м

H N O

3

в

с п и р т е .

X 100

го содерж ан и е углерода (рис. 74).

В

отличие

от пятни­

стой ликвации пораж енность м еталла слоистостью

с р о с ­

том

углерод а ум ен ьш ается . Э то

подтвер ж дает и

стати ­

стическое

исследование, проведенное на

п л ав к ах

стали

1 2 Х 2 Н 4 А ,

вы плавленны х по одной

и той

ж е технологии.

П р и

этом

бы ла установлена т ак ж е

статистически

д о ст о ­

верная

зави си м ость от­

браковки

по

слоистой

структуре

от

со д е р ж а ­

ния серы : с увеличени ­

ем последней б р ак воз­

растает .

В лияние электри че­

ского р еж и м а п ер еп л а ­

ва

и сследовали

на се ­

рии опы тны х плавок

стали 1 2 Х 2 Н 4 А ,

прове­

Содержаниеуглерода, %,

денны х

в

период

о св о ­

ения в

к р и сталл и зато ­

нРости с .ь

74к. оВн лстиряункицеи оунгнлоейр о дста

анлаи п опроасжл ое нй ­­

р ах

ди ам етр ом

320,

400

мм

и

сечением

н ой к р и с т а л л и з а ц и е й и св ет л ы м к о н ­

4 2 0 X 4 2 0 м м . Э л е к т р о ­

т у р о м

ды

были

приготовлены

плавки .

В

каж дом

из

одной

исходной

кристаллизаторе

меняли

от плавки

к п лавке

си лу тока

дуги . П о сл е

деф орм ации

слитков и

бы

для

контроля

м акроструктуры

(от в ер ха ,

середины

и

низа

сл и т к а ). Н а полученны е результаты

(табл . 37)

влияло

сл абое

вращ ение м еталл а ,

для

ликвидации

которого

в

этом

сл учае

не

предприним алось

н и к а ­

ких мер.

м ож н о видеть, что

наиболее

п о р аж ен а

Т ем

не менее

всеми

деф ектам и

ниж няя

часть слитка и что си ла тока

сказы вается

на появлении

послойной

кристаллизации и

светлого контура ди ам етр ально противополож ны м

о б р а ­

зом . Е сл и при низком токе

обр азуется , как прави ло , по ­

слойная

кр и стал л и зац и я 1, то при вы соком — светлы й кон ­

тур . К р о м е

светлого контура,

при

м акси м альн ы х

для

к аж д ого

кри сталли затора

значениях

тока

о б н а р у ж и в а л ­

ся значительны й р астр ав осевой зоны слитка.

1 Речь

идет о послойной кристаллизации, распространяющейся

на большую часть сечения макротемплетов.

П р и м е ч а в и е .

П К — п о сл о й н а я к р и с т а л л и з а ц и я ; С К — св етл ы й к о н ­

т у р ; П Л — п я т н и ст а я

л и к в а ц и я ; О Р — о сев о й р а с т р а в .

ж е ,

что появление в металле пятнистой ликвации

сопро ­

в ож д ается

обычно исчезновением слоистости.

С о ч ет а ­

ние

такой

структуры с пятнистой ликвацией, как видно

м акроструктуры стали

1 2 Х 2 Н 4 А

и З О Х Г С Н А ,

переплав ­

лявш ей ся на печах с

различным

средним уровнем

н а ­

пряж енности

магнитных

полей

в

зоне

плавления

(табл .

38). П олученны е

результаты подтверж даю т

р а з ­

личное

влияние содерж ан и я углерода

на склонность к

разны м

видам

неоднородности. И з этих данны х следует

т а к ж е ,

что усиление магнитного

поля,

увеличивая

п о р а ­

ж енность стали пятнистой ликвацией,

сн и ж ает степень

Н агл яд н ое подтверж дение

этой законом ерности бы ­

ло получено в серии опытов с искусственны м изменени­

ем уровня магнитного поля. В

кристаллизаторе ди ам ет ­

ром 320 мм переплавили электроды сталей

1 2 Х 2 Н 4 А и

4 0 Х Н 2 С М А , сущ ественно

различаю щ ихся по

со д е р ж а ­

нию углерода (0,1 и 0,4%

соответственно).

Л инейную

П р

и м е ч а н и я :

1.

И с с л е д о в а н о

100 с л и т к о в .

2. И н д у к ц и я

м а гн и т н о го

п о л я в

зо н е п л а в л е н и я

п

ечи 1— 5,2 Г с ;

п ечи 2— 6,2 Г с ;

п ечи 3— 8,8

Г с .

250 А /см , а

магнитное поле с пом ощ ью соленоида

м ен я ­

ли таким обр азом , чтобы

обеспечить

полную

н еподви ж ­

ность ванны (реж им ком пенсации ) пли,

наоборот, у си ­

ленное ее вращ ение.

Т а б л и ц а

39

Влияние магнитного и электрического режима переплава

на макроструктуру стали (кристаллизатор диаметром 320 мм)

С и л а

Л и н ей н ая

В а р и а н т

О ц ен к а м э к р о с т р у к т у ры м е т а л -

С т а л ь

п л о тн о ст ь

л а в б а л л а х п о д л н і е сл и т к а

т о к а ,

т о к а ,

т е х н о л о ­

вер х

сер ед и н а

низ

к А

А / см

гии

4 , 5

14 0

1

2 — 3 П К 2 — 3 П К

3 — 5 П К

5 , 2

1 6 3

1

2 П К

—

2 - 3 П К

1 2 Х 2 Н 4 А

6 , 5

2 0 0

1

< 1 С К

< 1 С К

< 1 С К

6 , 5

2 0 0

2

3 П Л

5 П Л

5 П Л

8 , 0

2 5 0

1

> 3 С К

> 3 С К

> 3 С К

4 , 5

1 4 0

1

< 1

—

П К

_____

< 1 —

П К

5 , 2

1 6 3

1

4 0 Х 2 Н С М А

6 , 5

2 0 0

1

« 1 П К

« 1 П К

« 1 П К

6 , 5

2 0 0

2

> 5 П Л

> 5 П Л

> 5 П Л

8 , 0

2 5 0

1

О Р

О Р

—

П р и м е ч а н и е . 1 — п л а в к и с к о м п е н с а ц и е іі м а г н и т н ы х п о л е іі; 2 — к л а в -

ки с в р а щ е н и е м

м е т а л л а : О б о з н а ч е н и я н е о д н о р о д н о ст и

с м . в

т а б л .

37.

И ссл ед о ван и е м акроструктуры опытных

слитков

(табл . 39)

показал о , что в низкоуглеродистой

стали

1 2 Х 2 Н 4 А

при линейной плотности тока 140 А/см

о б р азу ­

200 А /см

появляется

светлый контур, который

с д а л ь ­

нейш им

увеличением

тока становится ещегрубее. В то

ж е

врем я в среднеуглеродистой стали 4 0 Х Н 2 С М А

при

тех

ж е р е ж и м ах

переплава

слоистая структура

развита

горазд о

сл абее

пли

вообщ е

отсутствует. В ней

при

по ­

вы ш енной силе тока

(250 А/см) обн аруж ен лиш ь осевой

р а ст р ав .

В сл учае вращ ения м еталлической

ванны

в

сл и тках

обеих сталей появилась пятнисткая

ликвация

и,

к ак и

следовало

ож идать, полностью исчезла слои ­

стость.

Механизм

образования

слоистой структуры

об

В и д кристаллизационны х

слоев свидетельствует

определенны х изменениях

(часто возникаю щ их доволь ­

но равном ерно)

условий

затвердевания. М о ж н о

н а ­

причин резкое повыш ение тока, вклю чение печи

после

кратковрем енного

переры ва

плавки [2 1 ],

появление

«тлею щ его

р азр яд а » («ионизация»)

или короткое зам ы ­

кание

и т.

д . Н ар уш ен и я

теплового

бал ан са

в ' краевой

зоне слитка могут, по-видимому, вы зы ваться

неравно ­

мерны м отрывом

корки

слитка от стенки кри сталли за­

тора

[3 ].

О дн ако

всего

этого

явно

недостаточно

для

лизации

и,

в

частности,

структуры ,

показанной

на

рис. 66.

Т ак а я

структура,

типичная

для

медленно

н а ­

плавленны х

слитков, не м ож ет

быть

объяснена

исклю ­

чительно

внешними воздействиями

на

процесс

затвер ­

д еван и я ,

так

как наибольш ая

степень

слоистости

н а ­

блю дается в осевой зоне слитка.

регулярная послойная

С л ед ует предполож ить,

что

кристаллизация образуется

в результате

периодического

зак лю чаю тся в том, что при медленном

росте дендрита

в поле вы сокого градиента температур

л ю бая

са м а я

кратковрем енная остановка роста

п ревращ ается

в ср а в ­

нительно длительную вследствие

блокирования

верш и ­

мы дендрита

атом ам и прим есей .

В р ем я остановки

опре­

деляется при

этом для данного

м атери ала скоростью

наплавления

и величиной градиента, от которого

зав и ­

сит т ак ж е и частота остановок.

о б ъ я с­

Гипотеза

о периодическом процессе позволяет

ционных

слоев. С о гл асн о схем е, показанной па рис.

49,

в конце

остановки верш ина дендрита оказы вается

при

г

2

Р и с . 75, С х е м а

Расстояниеот поверхностираздела

и зм е н е н и я к оТн)ц е н т р а ц и и п р н м е сн

( С ) , ф а к т и ч е с к о й

и р а в н о в е с н о й т е м п е р а т у р ы (

п е р е д в ер ш и н о й к р и с т а л л а з а в р е м я

а

— п е р е д о с т а н о в к о й ;

б

о с т а н о в к и :

— п о с л е о с т а н о в к и ; о — п е р е д в о з о б н о в л е н и ­

е м р о ст а ( з а ш т р и х о в а н а з о н а к о н ц е н т р а ц и о н н о г о п е р е о х л а ж д е н и я );

г

— п о с л е в о зо б н о в л е н и я р о с т а (ш т р и х о в о й л и н и е й п о к а з а н о п о л о

ж е н н е в ер ш и н ы и р а с п р е д е л е н и е т е м п е р а т у р ы

в м о м е н т « в » ) ;

/ — ф а к т и ч е с к а я т е м п е р а т у р а ;

2

— р а в н о в е с н а я т е м п е р а т у р а з а т в е р ­

пониж енной тем пературе.

д е в а н и я

К этом у времени, в результате

концентрационного

п ереохлаж ден и я

(рис. 7 5 ),

со х р а н я ­

ю щ егося до тех пор,

пока

в эту зону не внесены

зар о д ы ­

ши кристалли заци и . Р оль

таки х зароды ш ей

играет вер ­

ш ина дендрита.

С р а з у после возобновления роста она по ­

п ад ает в зону

концентрационного п ер еохл аж д ен и я ,

где

ф акти ческая

тем пература

р асп л ав а

значительно

ниж е

равновесной

(рис. 7 5 ,

в).

П ояв лен и е

поверхности

р а зд е ­

ла вы зы вает

бурное затвердевание на ней н аиболее

п е ­

р еохлаж ден н ого

слоя с образован и ем

м н ож ества м елких

кристаллов.

В

прим ы каю щ ем слое ж и дкой

ф азы

при

этом т а к ж е

сни м ается п ереохл аж д ен и е (рис.

7 5 ,г ) ,

и