книги из ГПНТБ / Производство шарикоподшипниковой стали М. И. Колосов, А. И. Строганов, И. Я. Айзеншток. 1960- 21 Мб

ки, при которых исключалось бы смещение усадочной раковины в тело слитка, в установленных технологических условиях раз­ ливки. Объем прибыли без применения специального обогрева обычно составляет 16—20 % к объему всего слитка. На слитках,

расширяющихся кверху, как правило, применяется сужающаяся кверху прибыльная, съемная надставка. Конусность прибыльной надставки в этом случае составляет ~ 15° на сторону.

Впоследнее время с целью уменьшения глубины усадочной раковины и увеличения выхода годного в опытном порядке при­

меняют изложницы с прибылью, расширяющейся кверху, т. е. утепленная прибыльная часть служит продолжением слитка и имеет такую же конусность, как и слиток [168]. Авторы утверж­ дают, что применение изложниц такой формы позволит умень­ шить отходы (обрезь) на 2—4%.

Влитературе встречаются прямо противоположные рекомен­ дации в части формы прибыльных надставок. Так например, в

иностранной литературе опубликованы данные о применении су­ жающейся кверху прибыльной надставки с конусностью на сто­ рону 30° и более, выложенной специальным клиновым кирпи­ чом; обрезь прибыльной части снизилась на 5%.

Несомненно, для увеличения выхода годного следует приме­ нять прибыльные надставки, сужающиеся кверху, с конусностью

на сторону 20—30°. Это подтверждается опытными данными Че­ лябинского завода.

Для уменьшения глубины усадочной раковины металл в при­ были засыпают термическими смесями или люнкеритами.

Однако правильно подобранные размеры и форма прибыли сами по себе еще не предотвращают появления усадочной ра­

ковины в слитке.

Следует заполнять прибыльную надставку металлом до уста­

новленного уровня, применять утепляющие или изолирующие смеси, снимать надставку не раньше, чем слиток полностью за­ твердеет.

Снятие прибыльной надставки до момента полной кристал­

лизации слитка приводит к образованию в слитке глубоких осе­ вых мелких усадочных пороков вследствие ускоренного затвер­

девания металла в прибыли; кристаллизующийся столб металла по оси слитка не получает питания из прибыли.

Прибыльная надставка при передаче слитков в горячем виде должна оставаться на изложнице до полного затвердевания

слитка.

Продолжительность затвердевания слитка устанавливается на каждом заводе в зависимости от профиля слитка по формуле Тагеева

тл —0,112

вины и увеличения выхода годного начинают широко применять

газовый или электрический обогрев прибыльной части слитка, а

также высокотермитные смеси.

Общая пористость. Рассеянная или рассредоточенная рыхлость в слитке является основной причиной образования в

раскате его общей пористости. Степень развития общей пористо­ сти находится в тесной взаимосвязи от зональной раковины; чем больше зональная раковина, тем слабее выражена рассеянная рыхлость и наоборот.

Общие объемы пустот, заключенных в рассеянной рыхлости и зональной раковине, дополняют друг друга до некоторой сум­ марной величины объема всех пор в слитке, постоянной для дан­

ных технологических условий. Оба вида пороков способны пере­ ходить один в другой в различной степени под влиянием усло­

вий выплавки, разливки и особенно охлаждения стали в излож­

нице в период кристаллизации.

Условия охлаждения кристаллизующегося слитка являются важным фактором, регулирующим количественное отношение развития обоих пороков. Если охлаждение слитка приближается к тому идеальному случаю, когда в каждый данный момент по

сечению стенок устанавливается постоянная температура, то уси­ ливается развитие рассеянной рыхлости за счет зональной рако­

вины, и, наоборот, если охлаждение слитка отдаляется от этого идеального случая, то усиливается развитие зональной ракови­

ны за счет рассеянной рыхлости.

Замедленное охлаждение слитка в процессе кристаллизации

действительно является фактором, сильно влияющим на разви­ тие рассеянной рыхлости, и для получения возможно более плот­ ной структуры слитка необходимо предупредить развитие круп­ нодендритных равноосных кристаллов, каждый из которых по­ вторяет в миниатюре тот же процесс усадки, который происхо­ дит в целом слитке. Общую пористость усиливает междендрит­ ная ликвация. Задача, таким образом, сводится к нахождению

эффективных способов воздействия на первичную кристаллиза­ цию слитка.

Общая пористость обычно обнаруживается на травленых темплетах крупных профилей. Причем при перекате их на мел­

кие профили явно выраженная общая пористость практически

исчезает.

Оценка макроструктуры проб проката по общей пористости проводится по специальной шкале (ГОСТ 801—47).

Осевая рыхлость — центральная пористость. Осевая рыхлость представляет собой нарушение сплошности

226 Дефекты стали и методы борьбы с ними

лизации Д. К- Чернова, создает предпосылки для образования

множества мелких усадочных раковин (частных или местных усадок по Д. К- Чернову). Эти раковины и возникают в действи­

тельности, так как питание жидким металлом из верхних слоев

слитка не всегда может компенсировать усадку. Как отмечалось

Д. К. Черновым, «рыхлость» центральных частей болванки есть не что иное, как скопление более или менее развитых частных

усадок [20].

Характерное V-образное расположение осевой рыхлости объ­ ясняется опусканием центрального объема металла под действи­ ем силы тяжести.

В слитках шарикоподшипниковой стали осевая рыхлость раз­ вита значительно больше, чем в сталях с более низким содержа­

нием углерода. Это объясняется тем, что усадка при затверде­ вании увеличивается с повышением содержания углерода в ста­ ли. По данным Ю. А. Нехендзи, зависимость усадки при затвер­ девании от содержания углерода следующая.

Сказанное подтверждается данными исследования слитков и контроля макроструктуры прокатанного металла.

На развитие осевой рыхлости влияют и другие легирующие элементы, например, в шарикоподшипниковой стали — хром, увеличивающий вязкость стали, что затрудняет заполнение об­ разующихся пор при ее затвердевании.

Несмотря на достаточно ясный в общих чертах механизм об­ разования осевой пористости, борьба с ней несравненно более трудна, чем с зональной раковиной. Затруднения в большой сте­ пени связаны с тем, что мы не располагаем данными о вязкости или жидкотекучести стали при разных температурах.

От вязкости металла в большой мере зависит процесс пита­ ния слитка. Жидкий металл, тем более при температурах, близ­ ких к температурам ликвидуса, является вязкой жидкостью, не обладающей свойством мгновенного заполнения пустоты.

Наличие тугоплавких неметаллических включений (AI2O3, SiOg, нитридов) снижает жидкотекучесть стали, а также затруд­ няет питание образующихся пор. Выделяющиеся при затверде­ вании двухфазной области слитка газы могут создавать в капил­

лярах противодавление течению жидкого металла и тем самым затруднять питание образующихся пор. Поэтому, чем меньше вязкость металла, чем меньше неметаллических включений и га­ зов в том жидком маточном сплаве, который накопляется в ходе кристаллизации в осевой зоне слитка, тем меньше при прочих равных условиях опасность образования осевой рыхлости, тем плотнее и здоровее будет сердцевина слитка.

228 Дефекты стали и методы борьбы с ними

Дополнительное утепление прибыли элементарными мерами

(установка докрасна нагретых надставок за 15—25 мин. до выпу­ ска плавки, засыпка прибыли высококалорийным люнкеритом с содержанием алюминия 28%, в удвоенном против обычного ко­ личестве — 3,0—4,0 кг/т, с последующим плотным накрыванием надставок листовым асбестом и крышкой) лишь незначительно

улучшило качество крупных профилей.

Для резкого улучшения макроструктуры слитка в футеро­ ванных надставках прокладывали листовой асбест между кар­ касом и шамотным кирпичом; кроме того, изложницу приблизи­ тельно на '/з высоты от торца обкладывали листовым асбестом в

3—4 слоя (общей толщиной до 20 мм). Сверху асбест закрывали тонким листом железа. Теплоотдача обычной изложницы в верх­ ней ее части значительно больше, чем утепленной. Качество слитков, отлитых в утепленные таким способом изложницы, ока­ залось выше, чем обычных слитков; осевая пористость была не­

значительной (169].

В дальнейшем для утепления использовали разъемные кожуки, футерованные трепельным кирпичом.

Процесс кристаллизации слитка стали ШХ15СГ, отлитого в утепленную изложницу, изучали с применением радиоактивных изотопов.

Порции радиоактивного Fe59 вводили в тело слитка че­ рез 10, 20, 40 и 53 мин. от конца заполнения изложницы с при­ былью.

Границы распространения радиоактивного индикатора пока­ зывают, что теплоотдача от верхних слоев металла происходит замедленно, в связи с чем в верхней части слитка зона жидкого металла получается широкой, и имеются хорошие условия пита­

ния нижележащих слоев металла в период их затвердевания. В результате слиток в осевой части плотный без явно выраженной осевой рыхлости.

Брак по осевой рыхлости стали ШХ15СГ в квадрате 200— 300 мм при разливке в обычные изложницы был довольно значи­

тельным — 12,8%; после введения утепления изложниц брак сни­ зился и составил 0,19%.

Применение утепленных изложниц имеет большое практиче­ ское значение при поставке стали в крупных профилях и являет­ ся более рациональным мероприятием, чем применение слитков

с уменьшенным отношением высоты к среднему поперечному

размеру (1,8—2,2), так как при коротком и широком слитке

снижается производительность прокатных станов и осложняется

работа в сталеплавильных цехах.

На Златоустовском металлургическом заводе был испытан слиток со следующими параметрами.

В продольном осевом разрезе такого слитка осевая неплот­ ность отсутствовала полностью [170]. Однако прокатка такого слитка затруднительна и несколько понижает производитель­ ность обжимного стана.

Увеличение конусности слитка благоприятно влияет на умень­ шение осевой рыхлости, но так как увеличение конусности слит­ ка ведет к уменьшению его развеса, го не следует рекомендо­ вать широкое применение слитков с конусностью на сторону бо­ лее 4,0—5,0%. При производстве высококачественных и легиро­ ванных сталей, в том числе и шарикоподшипниковых, широко применяются слитки с конусностью на сторону 3,5—4,5%.

На образование осевой рыхлости также существенно влияет

Н

отношение высоты тела слитка к толщине в среднем сечении:—-• £>ср

С точки зрения лучшего питания осевой зоньи это отношение должно быть возможно меньшим. Металл в прибыли в этом слу­

чае обеспечит требуемое питание затвердевающего слитка; в

подприбыльной части воронка жидкого металла будет большого поперечного размера и к концу затвердевания слитка вытянутый

конус жидкого металла в середине слитка будет иметь малую

высоту и большую конусность. Хорошее питание такого конуса двухфазной области в период затвердевания обеспечено, что в свою очередь обеспечит получение плотного качественного слитка.

Однако короткий и широкий слиток неудобен в прокатке и снижает производительность прокатных станов, а также за­ трудняет работу сталеплавильных цехов из-за необходимости иметь большой ассортимент разнообразных изложниц. Вообще

отношение — следует выбирать с учетом сортамента произво-

Оср

димого проката.

Иметь специальные изложницы для шарикоподшипниковой

стали в сталеплавильных цехах крайне неудобно. Поэтому обыч­ но на отечественных заводах применяются слитки с отношением

—= 2,6—2,9 и конусностью на сторону около 4,0%.

Dср

Подводя итоги изложенному, следует отметить, что осевая рыхлость в слитках есть результат недостаточного питания цен­ тральной зоны жидким металлом на последних стадиях затвер­ девания и что меры, обеспечивающие такое питание, и являются мерами устранения этого вида дефекта.

видации случаев раннего снятия прибыльных надставок, увели­ чения продолжительности пребывания слитков развесом до 1,2 т в изложницах, переноса слитков сейчас же после полного затвердевания в теплые ямы замедленного охлаждения или (для слитков весом более 2,5 г) в печи для отжига.

Достаточно медленное остывание слитков обеспечивается ох­ лаждением в специально оборудованных ямах и такой способ яв­

ляется надежным и наиболее экономичным.

В практике Челябинского металлургического завода при ос­

воении производства стали марки ШХ6 появились случаи скво­

речников в заготовках квадрат 140 мм (слитки развесом 1,2 т ох­ лаждали в изложницах 6 час.). Они были ликвидированы путем применения охлаждения слитков в ямах. С тех пор слитки через час после разливки раздевают и загружают в теплые ямы, из ко­ торых через сутки при температуре 250—300° выгружают для

окончательного охлаждения на воздухе.

Наружные трещины. Различают горячие и холодные

наружные трещиньп. Первые образуются в интервале температур затвердевания стали, или близких к ним, а вторые — при даль­ нейшем охлаждении ниже температур фазовых превращений, вплоть до нормальной температуры.

Холодные трещины могут быть блестящими или окисленны­ ми (темными), если они образуются при температуре, при кото­

рой сталь еще сохраняет способность к окислению.

Горячие трещины имеют сильно развитый рельеф в изломе (разрушение происходит по межкристаллитным связям) при от­

носительно небольшой глубине, прерываясь участками здорово­ го металла. Холодные трещины имеют излом с сравнительно гладкими стенками (разрушение происходит по телу кристаллов) и распространяются на гораздо большую длину, чем горячие

трещины.

Горячие трещины в зависимости от направленности относйтельно оси слитка могут быть поперечными и продольными, а хо­ лодные трещины — только продольными.

Поперечные горячие трещины образуются вследствие нерав­ номерного зависания слитка в изложнице в процессе затверде­ вания из-за затекания металла в зазор по стыку надставки и из­ ложницы или в трещины и местные углубления в стенках из­ ложниц.

Для предотвращения появления поперечных трещин нужно следить, чтобы не было неравномерного механического тормо­ жения свободной усадки слитка, т. е. не было зазора между из­

ложницей и прибыльной надставкой и смещения прибыльных

надставок на изложницах; следует своевременно изымать из обращения изложницы с большим разгаром, раковинами и тре­ щинами.

ковой высокоуглеродистой стали встречаются крайне редко и обусловливаются чрезмерно горячей и быстрой разливкой. Хо­ лодные трещины на слитках шарикоподшипниковой стали не

встречаются, так как эта сталь перлитного класса; кроме того,

слитки шарикоподшипниковой стали подвергаются или замед­ ленному охлаждению, или отжигу, или передаются в прокат в

горячем виде, в результате чего возникающие по сечению слитка напряжения снимаются.

Дефекты, связанные с газовыделением

при кристаллизации слитка

ются в подповерхностном слое по всему слитку. В прокате газовые пузыри выявляются на по­ верхности в виде волосовин (рис. 54).

При густой смазке и неправильной быстрой разливке, когда при наполнении слитка смазка не успевает своевременно выго­ рать, продукты горения не успевают пробиться через толщу за­ стывающего металла и остаются в корковом слое слитка, обра­ зуя газовые пузыри. В этом случае газовые включения в виде

волосовин и пор выявляются на поперечных пробах в виде от­ дельных пораженных участков.

На рис. 54 показаны пробы металла с волосовинами и порами

(балл 1 и 2) .Волосовины и поры располагаются или на поверх-