книги из ГПНТБ / Строганов, А. И. Производство стали и ферросплавов учебник для металлургических техникумов

нием выхода годного. Устранение указанного дефекта достигается улучшением утепления верха кристаллизующегося слитка.

Трещины. Другими пороками усадочного происхождения яв­ ляются наружные и внутренние трещины. В зависимости от направ­ ления относительно образующей слитка наружные трещины де­ лятся на продольные и поперечные. Поперечные трещины образуются в результате неравномерного подвисания слитка в изложнице в про­ цессе его затвердевания, вследствие затекания металла в трещины и местные углубления в стенках изложницы, а также в зазор между верхним торцом изложницы и прибыльной надставкой. Меры ликви­ дации поперечных трещин сводятся к устранению торможения при свободной усадке металла путем своевременного ремонта или от­ браковки изложниц и плотной установкой прибыльной надставки на изложницу.

Поперечные трещины ликвидируются также при равномерном подвисании слитка в подприбыльной части. С этой целью на верх­ нем торце изложницы изнутри прострогивают фаску шириной 15—- 20 и высотой 40—60 мм. При таком подвисании давление от слитка распределяется равномерно по периферии, концентрация напряже­ ния отсутствует и корочка металла не надрывается.

Продольные горячие трещины образуются в результате танген­ циальных напряжений, возникающих из-за неодинаковой деформа­ ции различных слоев металла при кристаллизации слитка, а также под действием ферростатического давления жидкого металла на тонкую твердую корочку слитка толщиной 1 0 — 2 0 мм, образую­ щуюся в первые 20—40 с. Поэтому снижение температуры металла и скорости разливки являются действенными мерами уменьшения развития продольных трещин на слитках. Прочность первоначально образующейся корочки будет тем выше, чем больше удельная по­ верхность слитка. Поэтому наиболее предрасположены к образова­ нию продольных трещин круглые слитки.

При быстром охлаждении или нагреве слитков в случае холод­ ного их посада в нагревательные печи прокатных или кузнечных цехов в слитках могут появляться холодные, чаще всего без выхода на’ поверхность, трещины. Причина образования холодных трещин сводится к развитию термических напряжений, которые усиливают фазовые напряжения до пределов, выше предела прочности стали.

Замедленное охлаждение слитков в ямах и печах и соответст­ венно мягкий режим нагрева предотвращают образование подоб­ ных трещин.

Завороты корки. При подъеме металла в изложнице на его зер­ кале образуется корочка. Чем ниже температура металла, меньше скорость его подъема и больше в стали окисляющихся примесей, тем раньше образуется указанная корочка, которая способна при­ клеиться к поверхности изложницы. В результате на поверхности слитка образуются пленки, завороты корочки, шлаковые включения.

Наиболее известным практическим приемом ликвидации обра­ зования корочки, а следовательно, и дефектов, связанных с ней, является увеличение скорости разливки и температуры металла,

361

разливка в нейтральной атмосфере, под шлаком, а также смазка изложницы в первую очередь петролатумом.

Плены. Основным поверхностным дефектом слитков при разливке сверху являются плены, образующиеся вследствие заплескивания брызг металла на поверхность изложницы при ударе струи о дно. Окислившиеся брызги металла в дальнейшем не свариваются с ос­ новной массой слитка. Уменьшение скорости истечения металла, особенно в начале разливки, а также использование промежуточных емкостей (ковшей, воронок), устанавливаемых между сталеразли­ вочным ковшом и изложницей, обеспечивают улучшение поверх­ ности слитков.'

Подкорковые пузыри. Эти дефекты чаще всего встречаются на поверхности слитка, лишь изредка располагаясь на глубине 2 0 — 30 мм. Основная причина образования подобных пузырей сводится к заливанию металлом несгоревшей смазки на поверхности излож­ ницы. Поэтому смазка должна наноситься тонким слоем на доста­ точно нагретую изложницу.

9. ДЕФЕКТЫ КАТАНОЙ И КОВАНОЙ СТАЛИ

В предыдущем параграфе рассмотрены дефекты, которые вы­ являются на слитках, как правило, при внешнем их осмотре. Дру­ гая часть дефектов выявляется в кованой или катаной стали. Ниже рассматриваются некоторые из этих дефектов.

Пятнистая ликвация выявляется на поперечных макротемплетах и серных отпечатках в виде разбросанных по поверхности тем­ ных пятен различных размеров и формы. На продольных темплетах кованого или катаного металла она выявляется в виде темных полос или вытянутых пузырей длиной до 1 0 0 мм, окруженных, осо­ бенно по концам, темными участками металла. В ликвационном пятне обнаруживается повышенное содержание углерода, серы и фосфора.

Причиной образования пятнистой ликвации являются микро­ пузыри, которые выделяются при кристаллизации стали и, подни­ маясь вверх, увлекают за собой ликвирующие примеси. Поэтому и меры устранения этого дефекта сводятся к уменьшению газонасыщенности металла путем его полного раскисления, а радикальным средством является вакуумирование.

Осевые межкрист ллитные трещины обнаруживаются на попе­ речных макротемплетах из кованых или катаных заготовок неко­ торых легированных сталей в виде тонких извилистых трещин, веерообразно расходящихся от центральной зоны темплета. Поэтому этот дефект часто обозначается как «паук». В изломе закаленного образца паук проявляется в виде расслоений. Такой дефект заметно снижает пластичность и вязкость металла поперек волокна.

Осевые межкристаллитные трещины являются результатом уса­ дочных явлений в центральной части слитка, когда скорость усадки центральной части закристаллизовавшегося в слитке металла пре­ вышает скорость усадки ранее затвердевших периферийных слоев слитка. В этом случае возникают напряжения, приводящие к появ­ лению трещин.

362

«Пауки» можно устранить замедленным охлаждением централь­ ной части затвердевающего слитка, например сажая слитки с жид­ кой сердцевиной в нагревательные колодцы.

Дефекты коронного происхождения. При сифонной разливке,

как было отмечено выше, на поверхности поднимающегося в излож­ нице металла образуется корочка, представляющая собой загряз­ ненный окислами металл. Под корочкой скапливаются газы, выде­ ляющиеся из металла и эжектируемые струей металла через центро­ вую. За исключением титансодержащих сталей, корочка сама по себе плотная и ее плавучесть обеспечивается за счет скапливающихся под ней газов. Поэтому при наклоне корочки по той или другой при­ чине, например при входе в прибыльную надставку, газы из-под нее удаляются, и она может погрузиться в слиток, вызывая в даль­ нейшем дефект «темная корочка». Этот дефект выявляется на трав­ леных макротемплетах в виде темных обособленных участков.

При разливке титансодержащих сталей пористая корочка не по­ топляется, даже если газ из-под корочки удаляется. Однако в связи с интенсивным окислением титана корочка в этом случае образуется толстая и она может попасть в массу слитка, когда сечение прибыль­ ной надставки меньше поперечного сечения изложницы. В стали появляется дефект, часто называемый «титановой корочкой», ко­ торый выявляется в виде точечных включений и пор или в виде групповых включений на травленых темплетах после прокатки и ковки.

Меры устранения рассматриваемого дефекта сводятся к следую­

щему:.

1 ) ликвидация условий образования корочки в процессе разливки, например путем разливки стали под шлаком;

2 ) обеспечение условий хорошего входа корочки в прибыльную надставку, для чего сечение прибыльной надставки должно быть несколько большим сечения изложницы;

3) при разливке стали, не содержащей титан, металл в прибыль­ ной ■надставке необходимо засыпать инертными утепляющими сме­ сями, не подплавляющими корочку, если для этой цели не исполь­ зуется шлак.

Флокены. Содержание водорода в стали более 2 — 3 см3/ 100 г приводит к появлению специфического дефекта, называемого флокенами. Флокены выявляются на шлифованной поверхности металла

ввиде тонких трещин, а на продольном изломе — в виде белых пятен. В связи со значительно меньшей растворимостью водорода

втвердом металле, по сравнению с жидким при вылеживании ме­ талла, в процессе эксплуатации машин и механизмов, а также при низкотемпературном нагреве растворенный водород выделяется и скапливается под большим давлением, достигающим в отдельных местах нескольких десятков атмосфер. В металле появляются на­ пряжения, которые усиливаются, если в металле протекают и струк­ турные изменения, например вызванные распадом аустенита. Воз­ никающие напряжения превышают предел прочности металла, он рвется в местах скопления водорода с появлением трещин-флокенов.

363

Меры борьбы с флокенами сводятся к уменьшению напряжений в стали, например путем замедленного охлаждения и снижения содержания водорода. Наиболее радикальным способом ликвида­ ции флокенов является вакуумная обработка металла.

Внеосевая ликвация. На поперечных темплетах прокатанной стали внеосевая ликвация выявляется в виде темных геометриче­ ских фигур, воспроизводящих поперечное сечение слитка. При прокатке квадратных слитков она выявляется в виде темного ква­ драта. Появление ликвационного квадрата связано с газовыделением в процессе кристаллизации металла и повышенным содержа­ нием в нем ликвирующих примесей (S, Р, О идр.). Соответственно

имеры устранения сводятся к снижению газонасыщенности стали

иуменьшению содержания в ней ликвирующих примесей.

Кроме рассмотренных дефектов, в стали обнаруживаются и дру­ гие, вызываемые присутствием в стали неметаллических включений, микро- и макроликвацией примесей, неправильными условиями охлаждения и нагрева стали под механическую обработку и т. д. На металлургических заводах непрерывно проводятся работы, на­ правленные на ликвидацию дефектов в готовой стали. Эта работа возглавляется центральной заводской лабораторией, а также ис­ следовательскими и учебными институтами. Получение высоко­ качественной стали возможно только при тесном творческом содру­ жестве всех работников, занятых этой проблемой.

и др.) с использованием водоохлаждаемых кристаллизаторов яв­ ляется то, что металл интенсивно охлаждается снизу вследствие наличия водоохлаждаемого поддона, а также со стороны боковых стенок. Одновременно с охлаждением в кристаллизатор непрерывно поступает жидкий металл, т. е. обеспечивается непрерывная под­ питка кристаллизующегося слитка жидким металлом, а также и ярко выраженная направленность кристаллизации слитка сверху вниз. В результате сочетания отмеченных факторов в слитках переплав­ ных методов размеры усадочной раковины невелики. Ниже коротко рассматриваются особенности строения слитков некоторых способов переплава.

Слиток электрошлакового переплава. Структура слитков электрошлакового переплава отличается радиально-осевой направ­ ленностью кристаллов, что обусловлено последовательной кристал­ лизацией снизу вверх и высокой плотностью и однородностью ме­ талла, отсутствием в нем каких-либо дефектов усадочного и ликва­ ционного происхождения.

Содержание кислорода в металле при электрошлаковом переплаве, как правило, снижается в 1,5—2 раза, что приводит также к сниже­

364

нию загрязненности стали неметаллическими включениями. В ме­ талле ЭШП в отличие от обычного совершенно отсутствуют строчеч­ ные скопления неметаллических включений. Все включения мелки и равномерно распределены по объему металла.

Вместе с тем в слитках ЭШП иногда появляются специфические дефекты, как например электропробой. Макроструктура и микро­ структура в этом месте отличается наличием следов перегрева, загрязненностью неметаллическими включениями и включениями шлака. Пробой возникает при нарушении контакта между слитком и поддоном или между слитком и кристаллизатором.

Особенностью слитков ЭШП является слоистость структуры, получившая название послойной кристаллизации. Образование слои­ стой кристаллизации связано с периодичностью процесса кристал­ лизации слитка и изменением интенсивности циркуляции жидкой ванны. Какого-либо отрицательного влияния слоистая кристалли­ зация на свойства готового металла не оказывает.

Слиток вакуумно-дугового переплава. Основными процессами,

определяющими особенности свойств стали и сплавов, получаемых в вакуумных дуговых печах, являются удаление газов и летучих примесей, диссоциация неустойчивых соединений в условиях вакуума, раскисление металла углеродом, удаление включений из металла и, наконец, направленная кристаллизация металла.

Обычно в слитке ВДГ1 наблюдаются две основные зоны — плот­ ная краевая зона и зона крупных ориентированных кристаллов. Иногда выявляется и зона неориентированных кристаллов в центре слитка.

В отличие от слитка, отлитого в обычную изложницу из предва­ рительно обработанной вакуумной стали, который характеризуется более мелкой кристаллической структурой, в слитках переплавных вакуумных методов, наплавляемых в водоохлаждаемых кристалли­ заторах, основное влияние на структуру оказывает направленная кристаллизация. В результате измельчение структуры не наблю­ дается.

Краевая зона состоит из короны и плотно расположенных дендритов. Зона столбчатых кристаллов отчетливо выражается во всех слитках. В нижней части слитка направление роста кристаллов близко к вертикальному, в средней и верхней части столбчатые кристаллы растут под углом к вертикальной оси слитка, причем этот угол тем больше, чем больше сила тока при переплаве.

В слитках, полученных при минимальном значении тока, по всей высоте преобладают кристаллы, ориентированные почти парал­ лельно вертикальной оси, и в центре отсутствует зона неориенти­ рованных кристаллов. С повышением силы тока появляется зона неориентированных кристаллов в осевой части слитка; при дальней­ шем увеличении силы тока размер этой зоны возрастает. Подобное влияние силы тока на структуру слитка связано с тем, что величина силы тока определяет скорость расплавления электрода, а следова­ тельно, и скорость поступления в кристаллизатор жидкого металла. Изменение силы тока будет в известных пределах изменять соотнс-

365

шение между скоростью поступления жидкого металла в кристалли­ затор и скоростью затвердевания.

Послойная кристаллизация является видом неоднородности, свойственной слиткам, получаемым всеми видами переплава рас­ ходуемых электродов, в том числе и вышерассмотренного ЭШП. Для уменьшения развития этого явления необходимо налаживать строгую стабилизацию электрического режима плавки. Однако, как уже было отмечено, какого-либо влияния на качество металла по­ слойная кристаллизация в обычно выраженных размерах не оказы­ вает.

Слиток электроннолучевого переплава. Структура слитка ЭЛП,

наплавленного с большой скоростью, напоминает структуру слитка из вакуумно-дуговой печи, т. е. наблюдается наличие хорошо выра­ женных ориентированных кристаллов, направленных под углом к вертикальной оси, и зоны равноосных кристаллов. В случае боко­ вой подачи заготовок для переплава наблюдается асимметрия в рас­ пределении температур в объеме жидкого металла — более высокие температуры наблюдаются в месте падения капель металла и элек­ тронного пятна. Это обстоятельство может привести к некоторой асимметрии и в структуре слитка.

Более однородная структура слитка, так же как и при ВДП, получается при медленной наплавке его.

Слиток плазменно-дугового переплава. В плазменно-дуговых пе­ чах с наплавкой слитков в водоохлаждаемый кристаллизатор можно обеспечить получение плоской и мелкой ванны жидкого металла. Это обстоятельство способствует получению плотного слитка практи­ чески без усадочной раковины, без центральной зоны равноосных кристаллов и усадочной рыхлости в головной части. Макрострук­ тура слитка характеризуется ориентированным вдоль вертикальной оси или под небольшим углом к ней кристаллами, т. е. подобна слиткам других переплавных методов.

Г Л А В А X X X I

ВОПРОСЫ СТАНДАРТИЗАЦИИ

ИКОНТРОЛЬ ПРИ ВЫПЛАВКЕ

ИРАЗЛИВКЕ СТАЛИ

1.СТАНДАРТИЗАЦИЯ В ЧЕРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ

Под качеством металла понимается однообразие его свойств, диктуемое назначением металла, которое воспроизводится в про­ мышленном масштабе при экономически оправданных затратах. Сле­ довательно, о качестве металла необходимо говорить не вообще, а конкретно для данных условий применения. Например, инстру­ мент из сталей углеродистых марок обладает соответствующими ка­ чествами при использовании его для легкообрабатываемых материа­ лов и в то же время является некачественным для обработки трудно­

366

обрабатываемых металлов, где необходимо использовать инстру­ мент из быстрорежущей стали, а возможно и алмазный инструмент.

Стандартизация в черной металлургии как раз и направлена на получение металла высокого качества, однородного от плавки к плавке, от слитка к слитку при одновременной высокопроизводи­ тельной работе металлургических агрегатов. В нашей стране суще­ ствуют Государственные Общесоюзные Стандарты (ГОСТы), утвер­ ждаемые Комитетом стандартов, мер и измерительных приборов при Совете Министров СССР, а в особо важных случаях — и в Со­ вете Министров СССР, и отраслевые технические условия. Метал­ лургические заводы поставляют сталь по стандартам и техническим

Стандарты основаны на современных достижениях науки и тех­ ники, а также на опыте передовых предприятий и периодически пере­ сматриваются и обновляются с учетом совершенствования техно­ логии, внедрения новой техники и т. д. Стандарты устанавливаются не только на освоенную продукцию, но и на подлежащую освоению. Поэтому правильно составленные стандарты в значительной сте­ пени определяют направление дальнейшего развития металлур­ гической техники и технологии, способствуют снижению затрат в процессе производства.

Стандарты одновременно законодательно устанавливают ка­ чество продукции и взаимосвязанные между различными отраслями промышленности требования на сырье, материалы, готовую про­ дукцию. Соблюдение стандартов обязательно во всех отраслях на­ родного хозяйства, всеми организациями и предприятиями. Про­ дукции, в том числе и металлу с особо высокими и постоянными качественными показателями, присваивается Государственный знак качества.

Для получения готового металла в соответствии с требованиями ГОСТа или технических условий на всех стадиях производства на металлургических заводах устанавливается контроль.

2.КОНТРОЛЬ ПРИ ВЫПЛАВКЕ И РАЗЛИВКЕ СТАЛИ

Для получения требуемых свойств металла он должен иметь в первую очередь определенный химический состав. Однако многие микропримеси, газы и др., оказывающие большое влияние на ка­ чество металла, как правило, в настоящее время не контролируются. Их содержание определяется исходными шихтовыми материалами, а также всем ведением плавки. Для стали каждой марки или группы марок путем специально проводимых исследований устанавливают оптимальные параметры проведения плавки и разливки, на основе которых разрабатываются технологические инструкции. На метал­ лургических заводах имеются отделы технического контроля (ОТК), в функцию которых входит предотвращение нарушений установ­ ленных технологических инструкций, а также выявление недобро­

367

Контроль при выплавке качественной и высококачественной стали необходимо начинать с шихты, строго следить за ее качеством. После выпуска предыдущей плавки печь должна быть тщательно осмотрена. В случае недостаточно удовлетворительного состояния печи назначать выплавку сталей ответственных марок и тем более сложных по температурному режиму не следует.

По ходу плавки с момента полного расплавления, а иногда и

о необходимости тех или иных присадок в ванну и изменения со­ става шлака в ту или другую сторону. В инструкциях на выплавку некоторых сталей оговорено необходимое и допустимое содержание углерода, серы, фосфора и других примесей по расплавлении и в отдельные периоды. При нарушении этих требований плавка пере­ назначается на другой заказ, как правило, менее ответственный. В отдельные моменты плавки термопарами погружения замеряют температуру металла. Все показатели плавки, в том числе и электри­ ческий режим, производимые присадки и пр., записывают в пла­ вильную карту.

Для назначения стали на тот или иной заказ она подлежит плавочному контролю. Основные виды испытания плавочного контроля являются следующие: химический состав, макроконтроль металла, определение величины зерна микроструктуры, неметаллических включений, межкристаллитной коррозии и т. д. Химический состав стали определяется по ковшовой пробе, отобранной по ходу раз­ ливки. Для химического анализа отбирают, как правило, две пробы: вторая проба нужна для повторного определения химического со­ става в случае необходимости. Ковшовые пробы отбирают в сере­ дине разливки. Металл для проб берут из-под разливочного ковша хорошо прогретой ложкой и заливают в специальные изложницы для пробных слитков развесом 2—4 кг. Химический анализ ковшо­ вой пробы, отобранной в середине разливки, является маркировоч­

ментальных, нержавеющих и т. д.) к закалке и склонности к меж­ кристаллитной коррозии по ходу разливки отбирают специальную ковшовую пробу.

Для оценки качества металла прежде всего изучают его макро­ структуру, для чего работники ОТК сталеплавильного цеха после разливки назначают контрольные слитки или целые поддоны. Число

и порядок назначения контрольных слитков обычно оговаривается

всоответствующих ГОСТах или технических условиях. Как пра­ вило, на макроконтроль назначаются слитки и поддоны, находя­ щиеся в наименее выгодных условиях разливки или вызывающие подозрение из-за пониженного качества по сравнению с остальными слитками плавки. При разливке сверху на макроструктуру кон­

тролируют пробы из слитков первого и последнего слитка.

368

Заготовки при прокатке на обжимном стане клеймят литерами, например следующим образом: первую подприбыльную заготовку (блюм) клеймят с торца, обращенного к головной части слитка, литерой А, вторую — литерой Б, третью — литерой С и последнюю, соответствующую нижней части слитка—литерой Н. Для контроля макроструктуры и механических свойств, а также для других ви­ дов испытаний отрезают пробы при прокатке слитков пресс-нож­ ницами, пилами горячей резки, а в отдельных случаях — и авто­ геном. Из отобранных проб вырезают образцы для механических испытаний и для травления на макроструктуру. При удовлетвори­ тельной оценке макроструктуры вся плавка считается годной. При неудовлетворительной оценке отбирают удвоенное число проб.

перечных и продольных образцах и по продольному закаленному излому. Во всех случаях проверяют наличие остатков усадочной раковины и прочих ликвационных дефектов.

Механические свойства, как правило, определяют в продоль­ ных образцах. Загрязненность металла неметаллическими включе­ ниями оценивается на микрошлифах образцов, отобранных из тех же проб. Все данные плавочного контроля вносятся в карты качества металла, которые направляют с металлом потребителю.

Для повышения ответственности за качество металла важно правильно определить, из-за чего был допущен брак. Работники ОТК и центральной заводской лаборатории анализируют причину брака и намечают меры по повышению качества металла.

24 Заказ 918

Ч А С Т Ь Ш Е С Т А Я

РАСЧЕТ ДУГОВЫХ ЭЛЕКТРОПЕЧЕЙ

ИОРГАНИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВА

ВЭЛЕКТРОСТАЛЕПЛАВИЛЬНЫХ ЦЕХАХ

Г Л А В А X X X I I

ДУГОВАЯ ЭЛЕКТРОПЕЧЬ

1. ФОРМА И РАЗМЕР ВАННЫ

Наиболее распространенной формой рабочего пространства дуго­ вой электросталеплавильной печи в настоящее время является цилиндрически-коническая (рис. 100). Ванна печи похожа на усе­ ченный конус, обращенный вниз меньшим основанием, и шаровой

сегмент. Полный объем ванны до верхнего уровня откосов склады­ вается из объема металла VM, шлака Гшл и добавочного объема Гд

Объем металла определяется из заданной емкости печи по жидкому металлу и его удельному объему, равному 0,14 м3/т

где Gn — емкость печи, т.

370