книги из ГПНТБ / Непрерывная разливка стали на радиальных установках

металла возможна при условии, что фактические дефор­ мации будут меньше допустимых, т. е.

где ед — допустимая степень деформации; 64)— фактическая степень деформации.

Если это условие не будет соблюдено, то в очаге де­ формации слитка могут образовываться трещины.

Для количественной оценки допустимых радиусов из­ гиба слитка необходимы сведения о показателях механи­ ческих свойств металла при высоких температурах, в том числе при температурах, близких к температуре кри­ сталлизации [96—98]. Углеродистая сталь в области температур 900—13О0°С обладает весьма высокой пла­ стичностью. Относительное удлинение стали марки 15 при 1200—1300°С составляет 65,1%, образец выдержива­ ет 235—237 оборотов при испытании на скручивание; относительное удлинение при 1200°С и воздействии ста­ тических сил для сталей 20, 30 и 45 составляет 64% и динамических сил 80—84%. При этих температурах ме­ талл хорошо прокатывается и допускает весьма высо­ кую пластическую деформацию, т. е. при этих темпера­ турах имеются практически неограниченные возможно­ сти для изгибания слитка.

Совершенно иная картина наблюдается при темпера­ турах, близких к температуре кристаллизации. Разруше­ ние металла в этом случае носит хрупкий характер. Ди­ аграммы растяжения на начальном участке имеют чет­ кую прямолинейную зависимость деформации от наг­ рузки. Предельное относительное удлинение при 1470— 1430°С составляет 0,3—0,4%. Такие же результаты полу­ чены и в работах [97, 98].

Вопрос об образовании внутренних трещин при де­ формации неполностью затвердевшего непрерывного слитка рассматривался в работах [119 и др.]. Экспери­ ментально доказано, что при нарушении определенных соотношений могут образовываться внутренние трещи­ ны в слитках даже при разливке углеродистой стали. Су­ ществуют различные мнения о механизме возникнове­ ния трещин. Некоторые считают, что температура обра­ зования горячих трещин на 50—100°С ниже солидуса, другие предполагают, что трещины возникают в твер­ до-жидком состоянии. В ряде работ доказывается, что

150

трещины образуются по жидким пленкам в зависимости от скорости деформации жидких пленок [120, с. 43]. В одной из работ доказывается, что горячие трещины обра­ зуются преимущественно по границам кристаллов и од­ ним из важнейших факторов, определяющих трещино­ устойчивость стали, является характер межкристалли­ ческих связей, зависящий от свойств элементов, входя­ щих в состав стали. При искажении квадратного профи­ ля поперечного сечения непрерывного слитка образуются внутренние трещины вблизи фронта кристаллизации в зоне с температурой 1300—1400°С.

Подводя итоги, можно сказать, что теория и практика непрерывной разливки, объем сведений о допустимых относительных деформациях, а также теория образова­ ния горячих внутренних трещин в отливках не дают по­ ка еще исчерпывающего материала для расчета дефор­ мации заготовок, имеющих жидкую сердцевину. Расчеты деформаций при изгибе непрерывного слитка с жидкой фазой носят предположительный характер, так как не учитывают влияние всего многообразия факторов. Не­ сомненный интерес могут представить эксперименталь­ ные данные по воспроизведению внутренних трещин от деформации слитка на УНРС.

8.ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ВОСПРОИЗВЕДЕНИЕ ВНУТРЕННИХ ТРЕЩИН ОТ ИЗГИБА НЕЗАТВЕРДЕВШЕГО СЛИТКА

Образование внутренних трещин исследовано на экс­ периментальной радиальной установке непрерывной раз­ ливки стали (рис. 58). Принципиальная особенность уста­ новки заключается в том, что под кристаллизатором радиусом 5 м расположено колесо радиусом 1 м, на ко­ тором заготовка сечением 130X145 мм с жидкой сердце­ виной изгибается, а затем выпрямляется в горизонталь­ ное положение. Слиток вытягивается тянущей клетью, расположенной в зоне полного затвердевания слитка. Таким образом, незатвердевшая заготовка подвергалась деформации изгиба с радиуса 5 м на радиус 1 м, а за­ тем подвергалась выпрямлению (быстрому изгибу). Из­ меняя скорость разливки, в определенных пределах из­ меняли величину деформации в очаге изгиба и выпрям­ ления; по изменению температуры и химического соста-

151

Рис. 58. Схема экспериментальной радиальной УНРС с наги­ бом слитка на колесе:

/ —кристаллизатор; 2 —слиток; 3 — колесо; 4 — иравияыно-тянуiu.ee устройство

ва металла оценивали влияние этих факторов на возник­ новение и развитие трещин.

По результатам исследований 13 плавок получены следующие основные результаты.

На участках слитка, изогнутых и выпрямленных пос­ ле полного затвердевания, открытых и ликвационных трещин не обнаружено, на участках же слитка, подверг­ нутого изгибу и выпрямлению с жидкой фазой, трещины присутствуют в значительных количествах. На участках слитка, не подвергавшихся деформации изгиба и вы­ прямления, трещины отсутствуют.

В темплетах, вырезанных из участков слитков, только изгибавшихся с жидкой фазой, но не выпрямленных, внутренних трещин на стороне меньшего радиуса нет, трещины возникают на стороне большего радиуса, т. е. на стороне, подвергнутой растягивающим напряжениям.

Количество и общая длина открытых трещин, как правило, в два раза меньше, чем ликвационных «зале­ ченных» трещин. Трещины во всех случаях короткие (3— 5 мм).

При выпрямлении слитка внутренние горячие трещи­ ны образуются только на стороне меньшего радиуса, т. е. там, где имеются растягивающие напряжения, а на про­ тивоположной стороне они не появляются. В плоскости,

152

перпендикулярной плоским сторонам слитка, внутренние трещины не образуются.

На степень развития внутренних трещин в слитке при

0,037% также наблюда- 1 1

153

темплета увеличивается в 4—5 раз по сторонам боль­ шего и меньшего радиусов.

Исследование микрошлифов показало, что внутрен­ ние горячие трещины в промежуточной зоне проходят по междендритным объемам, по границе соединения дендритов (рис. 60). Ширина трещин постепенно уменьшает­ ся в направлении к наружной поверхности слитка; в большинстве случаев трещины заканчиваются цепочкой сульфидных включений (рис. 61). Участок трещины, об­ ращенный к внутренней полости слитков, часто достига­ ет значительной ширины и во многих случаях оканчи­ вается сульфидными включениями (рис. 62).

Одним из важнейших является вывод о том, что рас­ стояние начала трещин от поверхности слитка зависит от толщины затвердевшей корочки в очаге деформации из­ гиба. Указанная зависимость показана на рис. 63. Экспе­ риментальные данные изучены методом простой парной корреляции. Коэффициент корреляции между величина­ ми глубина залегания трещин — толщина затвердевшей корочки составляет 0,9005, что свидетельствует о весьма тесной связи. Рассчитанная на основании коэффициента

взаимосвязи допустимых относительных удлинений во­ локон непрерывного слитка и температуры металла в данной точке, которая определяется толщиной затвер­ девшей корочки. Как уже указывалось выше, в литера­ туре мало данных о допустимых относительных удлине­ ниях стальных образцов в зависимости от температуры испытания. Однако даже имеющиеся данные, получен­ ные в лабораторных условиях, не позволяют удовлетво­ рительно описать процесс возникновения внутренних тре­ щин в литом металле при изгибе непрерывного стально­ го слитка. Поэтому зависимость допустимых относитель­ ных удлинений от температуры волокон непрерывного стального слитка определяли на основании эксперимен-

154

Рис. 63. Заіви'симостъ глубины залегания внутренних трещин в слитке сечением 130X145 мм от толщины затвердевшей ко­ рочки

156

тальных данных. При этом предполагали, как это обыч­ но принимают в теории упругого изгиба, что поперечные сечения слитка при изгибе (разгибе) остаются плоскими. Обоснованность этого допущения в отношении пластиче­ ских материалов была экспериментально подтверждена рядом исследователей. При справедливости гипотезы плоских сечений величина относительного удлинения пропорциональна расстоянию от нейтральной оси сече­ ния и определяется формулой

верхности; /? — радиус изгиба (разгиба) слитка.

В проведенных исследованиях радиус изгиба слитка составлял величину

# = — -— = 1,25 м,

^1 ~ ~5~

где------ кривизна непрерывного слитка до изгиба, зало-

5

женная в радиальном кристаллизаторе с радиу­ сом 5 м;

1— кривизна непрерывного слитка, полученная пос­ ле изгиба его на колесе с радиусом 1 м.

Температурное поле затвердевающего слитка опреде­ ляли следующим образом. Установлено, что закон нара­ стания оболочки слитка вне кристаллизатора удовлетво­ рительно описывается законом квадратного корня, при­ чем коэффициент затвердевания равен 4,0 мм/с,/г.

На основании известного соотношения

157

Подставляя вместо dg/dt его значение, после диффе­ ренцирования і по т получаем

Используя известные (по литературным данным) теп­ лофизические характеристики стали при температурах,

[27 ккал/(м-ч-град)], и допуская линейность распреде­

стального слитка в процессе его затвердевания на участ­ ке с постоянным коэффициентом затвердевания будет равна

(137)

а температурное поле в затвердевшей корочке описыва­ ется следующей зависимостью:

верхности слитка;

I — толщина затвердевшей корочки слитка. Полученные результаты подтверждаются эксперимен­

тально, следовательно, принятые выше при расчете тем­ пературного поля допущения являются правомочными. Это касается, прежде всего, температуры поверхности непрерывного стального слитка сечением 130X145 мм. Замеры температуры поверхности отливаемого слитка в зоне изгиба и разгиба при опытных разливках показали, что она находится в пределах 1220—1180°С.

Полученные на основании данных о глубине залега­ ния внутренних трещин значения относительных удлине­

158