Билет 56. Строение слитка спокойной стали

Строение слитка спокойной стали При кристаллизации жидкой стали в металлической изложнице стальной слиток приобретает кристаллическую неоднородность и в нем обычно выявляются структурные зоны, строение слитка стали изображено на рисунке 1. В зависимости от условий кристаллизации и химического состава стали отдельные структурные зоны могут быть либо развитыми либо вовсе отсутствовать. На сталях и сплавах ряда марок, например, на низко- и средне- углеродистых и особенно на нержавеющих и жаропрочных сталях и сплавах, выявление первоначальных структурных зон связано с большими трудностями из-за отсутствия надежных методик исследования. При обычном травлении таких сталей проявляется ложная макроструктура, характеризующая зернистое строение слитка стали (вторичную структуру), а не истинная первичная дендритная структура, образующаяся во время кристаллизации. Ложная структура появляется не только в сталях и сплавах, претерпевающих фазовые превращения в твердом состоянии, но и в результате обычного процесса рекристаллизации при охлаждении и повторном нагреве металла. Для выявления первичного строения слитка стали можно рекомендовать, например, применение реактива обергоффера. Решающее влияние на развитие структурной неоднородности слитка оказывает его масса. С увеличением массы слитка, как правило, возрастает его поперечное сечение, что способствует увеличению ширины зоны столбчатых кристаллов: Масса слитка, т1 5 10 Средняя ширина зоны столбчатых кристаллов, мм5570100 Рис.1 Строение слитка спокойной стали 1 — слиток опрокинут через 55 мин; 2 — через 75 мин; 3 — через 105 мин после конца разливки; I, II, III — границы распространения радиоиндикаторов, введенных в контрольный слиток соответственно в те же момент Повышение энтальпии (теплосодержания) стали вследствие ее первоначального перегрева или более высокой скорости разливки, обусловливающее увеличение температурного градиента между изложницей и металлом, вызывает увеличение толщины столбчатых кристаллов. Присутствие примесей, уменьшающих теплопроводность стали (хрома, вольфрама и др.), способствует развитию крупнокристаллической структуры в слитке. При отливке стальных слитков в вакууме они характеризуются более равномерной мелкокристаллической структурой в связи с большей скоростью кристаллизации, чем обычных слитков. Это можно объяснить повышением теплопроводности и снижением температуры кристаллизации стали при снижении содержания водорода в ней. Однако при вакуумно-дуговом переплаве, когда происходит строго направленный отвод тепла от жидкого металла, в структуре слитка спокойной стали наблюдается развитая зона столбчатых кристаллов. Выявление условий уменьшения кристаллической неоднородности в сстроении слитка стали позволит сталеплавильщикам управлять процессом кристаллизации слитка, изменять характер кристаллизации в благоприятную для качества стали сторону. В этом направлении неоднократно изучалось воздействие на кристаллизующийся слиток встряхивания, вращения и вибрации. Не входя в подробности, можно сказать, что влияние вибрационной обработки на металлургические процессы заключается в дегазации жидкого металла, диспергировании содержащихся в нем неметаллических включений и изменении первичного зерна в процессе затвердевания. При определенных условиях в результате гравитационных явлений, вызываемых вибрацией, в расплаве периодически могут возникать области повышенных давлений и разрывы сплошности, что и приводит к измельчению структуры слитка стали. На характер кристаллизации интенсивное воздействие может оказать введение в жидкий металл при ультразвуковой обработке нерастворимых в нем компонентов в виде порошков той или другой дисперсности. Кавитационные взрывы дополнительно разрушают и диспергируют порошкообразные частицы, равномерно распределяя их в кристаллизующемся металле. Другим направлением изменения кристаллического строения слитка стали является введение в слиток холодильников в виде обрези листов, проволоки или труб, близких по составу к разливаемой стали. Холодильники в количестве не выше 3% от массы слитка, как правило, полностью растворяются и обеспечивают получение мелкозернистой структуры слитка стали. Эффективность использования холодильников зависит от их правильного распределения по объему слитка, массы и формы. В некоторых случаях положительные результаты в строении слитка стали были получены при введении в жидкую сталь микрохолодильников в виде металлического порошка (около 2% от массы слитка). Влияние отдельно взятых факторов на развитие кристаллических зон в строении слитка стали не однозначно. Это обстоятельство затрудняет теоретическое предвидение образования кристаллического строения слитка и требует постановки широких комплексных исследований по изучению процессов затвердевания стального слитка.