2. Внутренние дефекты горячекатанных заготовок:

УСАДОЧНАЯ РАКОВИНА (ОСЕВАЯ УСАДКА)

Вид дефекта в макроструктуре

Согласно заводской действующей технической документации раскатанная усадочная раковина в блюме подлежит обрезке в потоке. На каждом заводе-производителе проката величина этой технологической обрези расчетная и должна быть постоянной в зависимости от веса и размеров слитка. Если слиток отлит с нарушениями технологии, из-за которых величина усадочной раковины возрастает, то после удаления установленной технологической обрези блюма часть раскатанной усадочной раковины остается в прокате и является дефек­том.

Дефекты, сопровождающие усадочную раковину при деформации металла, трансформируются в прокате в дефекты макроструктуры (а именно: централь­ную пористость, точечную неоднородность, общую пятнистую ликвацию, подусадочную ликвацию, ликвационный квадрат), величина которых регламентиро­вана шкалами ГОСТ 10243-75. Кроме этих дефектов, согласно ГОСТ 10243-75 могут быть следующие пороки, обусловленные нарушениями технологии произ­водства слитка и являющиеся браком: грубые раскатанные поры; грубая пятни­стая ликвация; остатки усадочной раковины; подусадочная рыхлость; неодно­родность макроструктуры; свищи (газовые пузыри, раковины); белые пятна; ино­родные металлические и шлаковые включения; инородные неметаллические макровключения.

С увеличением степени деформации металла уменьшается размер дефектов в поперечном сечении, но возрастает их протяженность по длине раската. Вышеперечисленные дефекты макроструктуры, превышающие по величине норму, регламентированную нормативной документацией, не допускаются.

РАСКАТАННЫЕ ЭНДОГЕННЫЕ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ВКЛЮЧЕНИЯ

Вид дефекта в макроструктуре

В макроструктуре поперечного сечения проката эндогенные неметалличе­ские включения представляет скопления, образуя точечную неоднородность и проявляясь в виде повышенной точечной травимости (повышенной пористо­сти).

В продольном сечении при наличии крупных неметаллических включений более 2,5 балла и их скоплений наблюдаются строчки, вытянутые в направлении деформации металла, расположенные преимущественно в центральной зоне до середины поперечного сечения в блюме или до середины радиуса в круглой заго­товке.

Микроструктура

В микроструктуре наблюдаются продольные строчки сульфидов и оксисульфидов, оксидов строчечных и других эндогенных неметаллических включений, имеющихся в металле данной плавки. Сульфиды и оксисульфиды располагаются в полосках из зерен рельефного феррита. Вокруг строчек оксидов изменений микроструктуры может не быть. Степень загрязненности деформированного металла эндогенными неметаллическими включениями оценивают по методикам и шкалам ГОСТ 1778-70. Наблюдения и эксперименты, прове­денные на ряде трубных заводов, показали, что с целью предотвращения образования плен на внутренней поверхности труб загрязненность металла неметаллическими включениями не должна превышать 2,5-3 баллов (по максимальному баллу).

РАСКАТАННЫЕ ИНОРОДНЫЕ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ВКЛЮЧЕНИЯ

Вид дефекта в макроструктуре

Раскатанные инородные неметаллические включения в макроструктуре поперечного сечения проката имеют вид темно-серых, серых, серо-желтых, желто-зеленых, бурых частиц произвольной формы и расположения в центральной (осевой зоне). Если при изготовлении макротемплетов и их травлении включения выкрашиваются полностью или частично, то остаются углубления, имеющие форму и размеры этих частиц. Вокруг массивных включений наблюдаются уча­стки ликвации легкоплавких компонентов.

Вокруг инородных макровключений в слитке (НЛЗ) задерживается теплоотвод и в последнюю очередь кристаллизуется металл, обогащенный ликватами легкоплавких компонентов.

Микроструктура

Полости дефектов имеют форму раскатанных частиц экзогенных включений. В полостях, на их продолжении и рядом располагаются частицы включений раз­ного размера и разной формы. В светлом поле зрения экзогенные включения имеют серый цвет от светлого до темного. В темном поле зрения частицы про­дуктов взаимодействия огнеупорных материалов и жидкой стали, содержащие много кремния, светятся желтоватым цветом; частицы утеплительной смеси све­тятся бурым (красноватым, коричневым) цветом; частицы теплоизоляционного шлака и шлака, образующегося в процессе охлаждения металла, представляют сложные оксиды и имеют цвет в зависимости от химического состава от желто­вато-бурого до бурого. Размеры частиц могут быть от нескольких микрон до не­скольких тысяч микрон. Включения, имеющие размер несколько десятков микрон, относят к макровключениям, так как они видны на шлифованном макротемплете ви­зуально.

РАСКАТАННАЯ УТОНУВШАЯ КОРОЧКА

Вид дефекта в макроструктуре

Раскатанная утонувшая корочка в макроструктуре представляет участки со структурой и травимостью, которые отличаются от структуры и травимости основного металла. Они имеют произвольное расположение по сечению прокатан­ного изделия, различную форму и размеры. Утонувшая корочка чаще всего бы­вает светлой с ликватами легкоплавких компонентов, газовыми пузырями, скоп­лением инородных (экзогенных) неметаллических включений, но в зависимости от химического состава (при науглероживании), та пени насыщенности газами и неметаллическими включениями, она может быть и темной.

Микроструктура

В прокате по месту расположения утонувшей корочки наследуются от слит­ка обезуглероживание и ликваты, легкоплавких компонентов, загрязненность ме­талла экзогенными неметаллическими включениями шлака, утеплительной смеси или теплоизоляционного шлака, крупными включениями окалины, мелкими диффузионными оксидами типа FeOMnO, а также подкорковыми газовыми пузырями. В случае использования высокоуглеродистой утеплительной смеси может иметь место науглероживание металла вокруг недорасплавившихся участков утонувшей корочки.

РАССЛОЕНИЕ

Вид дефекта в макроструктуре

Расслоение представляет щелевидное нарушение сплошности металла, не выходящее на поверхность. В блюме, катаной круглой заготовке, листе дефект чаще всего проходит через центральную зону и является следствием раскатыва­ния незаварившихся пороков слитка и усадки, не удаленных с технологической обрезью. Обнаруживается дефект при порезке в поперечном сечении на торцах и в макроструктуре. Степень раскрытия дефекта может достигать нескольких мил­лиметров, протяженность по длине раската до нескольких метров, ширина - до нескольких сотен миллиметров.

Микроструктура

По месту расслоения обнаруживаются раскатанные газовые раковины с несварившимися стенками, ликваты, рельефный феррит, неметаллические включения (скопления оксидов строчечных, пластичнодеформированных и хрупкоразрушенных силикатов, экзогенных микро- и макровключений). Расслоение может образоваться по участкам пережога металла во внутренних слоях. При наличии массивных скоплений ликватов легкоплавких компонентов во внутренних слоях изделия может быть оплавление границ зерен металла не только при перегреве слитка перед прокаткой, но и при нормальном нагреве.

ФЛОКЕНЫ

Вид дефекта в макроструктуре

Флокены представляют дефект макроструктуры в виде тонких извилистых трещин длиной до нескольких десятков миллиметров, расположенных произ­вольно в разных направлениях по всему сечению проката за исключением крае­вой зоны, ориентированных чаще всего перпендикулярно к направлению дефор­мации. В одном поперечном сечении может быть от нескольких единиц до не­скольких десятков флокенов.

В изломе флокены имеют вид пятен серебристого цвета с гладкой поверхно­стью, округлой и эллипсоидной формы. Дефекты в изломе резко отличаются от кристаллического излома металла проката цветом и формой. Лучше всего в из­ломе флокены видны в закаленном металле.

Микроструктура

В микроструктуре один и тот же флокен, имея зигзагообразную форму, жег проходить по участкам с ликвацией легкоплавких компонентов и по участкам без изменения структуры. Стенки полости флокенов гладкие, ширина полос­ти почти одинаково по всей длине и имеет очень маленькое раскрытие.

Причины образования

Причины образования флокенов в деформированном металле (катаном, кованом) комплексные, но ведущим фактором является повышенное содержание водорода в структурно-напряженном металле.

Согласно литературным данным водород, поглощенный сталью в процессе выплавки, растворяется в ней. С понижением температуры стали растворимость водорода в ней уменьшается, достигая ничтожных коли­честв при комнатной температуре, Поэтому при охлаждении стали после горячей деформации водород выделяется из раствора в микропоры металла в газообразном (молекулярном) состоянии. Давление газообразного водорода при температурах хранения проката на заводских складах металла может превысить его временное сопротивление разрушению, что приводит к разрыву, т.е. к образованию флокенов. При низких температурах (ниже 200-250 °С) процесс выделения водорода из твердого раствора становится необратимым, и давление в микропустотах резко возрастает. Это приводит к образованию участков с большими объемными напряжениями, что создает необходимые условия для хрупкого разрушения металла.

К факторам, способствующим увеличению объемных напряжений, относятся структурные и остаточные напряжения после горячей деформации, которые суммируются с напряжениями, вызванными скоплением газообраз­ного водорода в микропустотах. Способствует возникновению флокенов в стали, химический состав которой определяет ее структуру и скорость прохождения структурных превращений после охлаждения (распад оста­точного аустенита). В легированных сталях эти процессы проходят более длительно, чем в углеродистых, и структурные напряжения более значи­тельные.

В течение времени распада остаточного аустенита после охлаждения водород выделяется из него и переходит в молекулярное (газообразное) со­стояние в микропустотах. По мере протекания этих процессов и накаплива­ния газообразного водорода до критических количеств происходит образова­ние флокенов. Этим, очевидно, объясняются случаи, когда в горячедеформированном металле флокены обнаруживаются не сразу, а некоторое время спустя (через несколько недель).

Мерой, предупреждающей появление флокенов в металле, кроме дегаза­ции в жидком состоянии, является прежде всего его разводораживание пу­тем замедленного охлаждения после горячей деформации. При замедленном охлаждении стальных изделий значительное количество водорода успевает продиффундировать к их поверхности и удалиться в атмосферы таким об­разом, не происходит его накапливание.

ОСЕВОЙ ПЕРЕЖОГ

В центральной зоне блюма и катаной круглой заготовки в металле сохра­няются массивные скопления ликватов легкоплавких компонентов. Этот дефект далеко не всегда выявляется текущим выборочным контролем макроструктуры металла катаной заготовки, предусмотренным нормативной документацией. Таким образом, некачественный металл может использоваться для производст­ва труб.

МЕЖКРИСТАЛЛИТНЫЕ ТРЕЩИНЫ

Микроструктура

Полоса плен проходят по ликвационным участкам в полосах рельефного феррита, имеющих окаймление из зерен перлита. На продолжении полостей плен имеютса цепочки мелких сульфидов и оксисульфидов. При раскатыва­нии нескольких межкристаллитных трещин центральной (осевой) зоны слитка и катаной заготовки плены на внутренней поверхности труб могут быть слои­стыми.

Межкристаллитные трещины в слитках (НЛЗ) и производные от них дефек­ты проката и труб недопустимы и являются браковочным признаком.

РАСКАТАННЫЕ ИНОРОДНЫЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ МАКРОВКЛЮЧЕНИЯ

Вид дефекта в макроструктуре

Раскатанные инородные металлические макровключения обнаруживаются в макроструктуре проката и представляют частицы металлических предметов, остатков недорасплавившихся ферросплавов и лигатуры. Они отличаются от основного металла составом структуры и травимостью или ее отсутствием, имеют границу раздела с ним.

Микроструктура

По месту расположения металлических частиц, лигатуры, ферросплавов, частиц легирующих элементов имеется разница в составе микроструктуры и травимости с основным металлом, либо эти участки вообще не травятся. В зависи­мости от степени расплавления инородных металлических включений граница раздела с основным металлом может быть четкая или размытая (с переходной зоной). Форма и размеры металлических предметов могут быть различными. Форма включений ферросплава, лигатуры, легирующих элементов - овальная, округлая. Размер инородных макровключений может быть до нескольких мил­лиметров.