Строение стального слитка

Строение  стального слитка

Сталь — деформируемый сплав железа с углеродом. Содержание углерода в стали не более 2,14 %, но не менее 0,022 %. (углерод придаёт сплавам железа прочность и твёрдость, снижая пластичность и вязкость.)

Ликвация – это химическая неоднородность стали.

Строение стального  слитка впервые дано в 1878 г. Д.К. Черновым. Структура литого слитка состоит из трех основных зон.

  Первая зона –  наружная мелкозернистая  корка, которая  состоит из дезориентированных  мелких кристаллов  – дендритов.

Вторая  зона слитков –  зона столбчатых кристаллов. После образования самой корки условия теплоотвода меняются, градиент температур уменьшается и уменьшается степень переохлаждения стали.

 Третья зона слитка – зона равноосных кристаллов. 

При соприкосновении  с холодной стенкой  изложницы образуется зона мелких равноосных кристаллов. Объем твердого металла меньше жидкого, поэтому между стенкой изложницы и застывшим металлом возникает воздушная прослойка; сама стенка нагревается от соприкосновения с металлом. В результате скорость охлаждения металла уменьшается, рост кристаллов приобретает направленный характер – они растут от стенки изложницы к центру по направлению отвода тепла и образуется зона столбчатых кристаллов. Это явление как бы прорастания длинными кристаллами толщи слитка носит название транскристаллизации. Образующаяся зона замедляет отдачу тепла наружу, скорость охлаждения уменьшается и образуется зона крупных неориентированных кристаллов. В жидком металле содержится какое-то количество растворенных газов, поэтому в объеме слитка при его охлаждении для металлов, которые обладают склонностью к переохлаждению, обнаруживаются только восходящие ветви кривых числа центров кристаллизации и скорости роста кристаллов. 
 
 
 
 
 
 

Наружные дефекты

Завороты корки  на слитках

При сифонной разливке стали на поверхности металла  в изложнице образуется окисная  корочка. Она состоит из всплывших  продуктов раскисления, огнеупоров, окисленных элементов и сетки затвердевшего металла. При низкой температуре и скорости разливки стали корочка заворачивается, прилипает к стенке изложницы и заливается жидкой сталью. В процессе горячей обработки стали завороты корочки вызывают на поверхности слитков образование трещин. У основания этих трещин всегда можно обнаружить следы оставшейся корочки.

На поверхности  слитков, полученных при сифонной разливке, иногда можно заметить две зоны: нижнюю (без корочки или с легкой пленкой), покрытую мелкими неметаллическими включениями; верхнюю (с корочкой), пораженную заворотами. Наличие мелких включений  на поверхности слитка указывает  на то, что эта часть слитка отливалась без корочки. В процессе нагрева  слитков в колодцах нижний загрязненный поверхностный слой такого слитка окисляется, превращаясь в окалину. Разливка стали с корочкой вызывает не только поверхностные, но и внутренние дефекты  на стальных слитках.

Заливины

Поперечная трещина  от заливин

Заливины образуются в результате затекания стали в неплотности соединения прибыльной надставки с изложницей. Заливины мешают свободной усадке стали и могут вызвать на поверхности слитка поперечные трещины. Если металл затекает под одну сторону надставки, то слиток подвешивается на одной из граней изложницы и вызывает грубые поперечные разрывы под прибылью слитка. Толстые заливины создают затруднения при прокатке и закатываются в металл. Заливины вызывают не только поперечные трещины, но и увеличивают головную обрезь слитка. Образование этого дефекта может быть предотвращено подмазкой швов изнутри между надставкой и изложницей, применением асбестовых прокладок, строжкой торцов изложницы и надставки и другими мероприятиями.

Волосовины

Волосовины возникают  в результате раската окалившихся при нагреве подкорковых пузырей. На возникновение волосовин и газовой пористости также оказывает влияние охлаждение изложниц. Недостаточно освобожденная смола, а также вода, попадающая при охлаждении изложниц в сетку разгара или вымоины, в процессе соприкосновения с жидкой сталью быстро увеличивается в своем объёме и вызывают в поверхностных слоях слитка пористость. Поэтому охлаждение слитков водой ниже 100º недопустимо.

Удалению волосовин  способствует тщательное раскисление стали, доброкачественная смазка, охлаждение изложниц на воздухе, а не водой, повышение жидкоподвижности разливаемой стали и своевременная отбраковка дефектных изложницы. 
 

Внутренние  дефекты

Усадочная рыхлость

В центральной зоне равноосных кристаллов слитка могут развиваться три вида дефектов: усадочная рыхлость, осевая пористость, внеосевая пористость.

Усадочная рыхлость возникает в результате усадки внутренних объёмов слитка. При этом металл по оси слитка находится в полужидком состоянии, образуются перехваты, а  жидкий металл из прибыли не успевает стекать через частично образовавшиеся дендриты. Развитие этого дефекта  зависит от отношения диаметра слитка к высоте, его конусности, охлаждающего эффекта отдельных элементов  изложницы, температуры разливки и  раскисленности стали.

Значительное влияние  на склонность к образованию структурной  рыхлости оказывает также химический состав стали. Последние центральные  порции затвердевающего слитка находятся  в двухфазном состоянии. В высокоуглеродистых и высоколегированных сталях, имеющих  широкий интервал затвердевания, весь маточный раствор пронизан сеткой кристаллов, затрудняющих вертикальное поступление  стали из прибыли. Поэтому весьма трудно получить здоровую сердцевину в слитках, отливаемых из сталей, имеющих  широкий интервал затвердевания. В  мягких сталях температурный интервал двухфазного состояния в 5-10 раз  меньше, и просачивание маточного  раствора по оси слитка происходит беспрепятственно. Слитки из этих сталей обычно имеют более плотную структуру, чем высокоуглеродистые, но способны больше к образованию внутренних трещин.

 Пористость

Осевая пористость образуется в результате усадки металла  и располагается по оси слитка. В связи с резким уменьшением  отношение объёма последних порций жидкого металла в слитке к  его поверхности металл начинает кристаллизоваться во всем объёме практически  одновременно. При таких условиях кристаллизации поступление металла  из прибыли не происходит, а уменьшение объёма стали в результате усадки компенсируется образованием пор. Осевая пористость развивается тем больше, чем больше усадка стали при затвердевании.

Заметное влияние  на пористость оказывает содержание газов и неметаллических включений  в стали. Выделяющиеся газы создают  пористость в отливках и, кроме того, могут создавать противодавление  течению жидкого металла в  капиллярах и тем самым затрудняют питание пор.

Белые пятна

 Белые пятна в донной части слитка

Белые пятна образуются в нижней части слитка на высоте 7-10%. Они представляют собой металл с низким содержанием углерода и  серы, загрязненный неметаллическими включениями типа алюмосиликатов.

Структура белого пятна  отличается более грубой ферритной  сеткой и более мелким зерном по сравнению с основным металлом. Этот дефект присущ сифонному способу  разливки при низкой жидкотекучести стали. Он образуется вследствие застывания первых загрязнённых порций металла на массивном дне изложницы. Возникновению этого дефекта способствует также

вталкивание из сифонных проводок холодных загрязнённых последних порций металла при подкачке.

Устранению этого  дефекта способствуют все те же вещества, которые повышают жидкотекучесть стали и особенно повышение температуры и скорости разливки стали. 

Вывод : после изучения данной темы я узнала о строении стального слитка.

Мне было интересно  узнать о дефектах, о том , что они различны и делятся на наружные и внутренние, а также о способах их предотвращения.