Помощничек
Главная | Обратная связь

...

Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

ХИМИЧЕСКАЯ НЕОДНОРОДНОСТЬ СЛИТКОВ



Жидкая сталь представляет собой однородный раствор угле­рода, кремния, марганца, фосфора, серы, кислорода и газов в жидком железе, но содержание этих примесей в различных точках стального слитка неодинаково. Химическая неодно­родность (ликвация) возникает при затвердевании слитка.


Причиной возникновения ликвации является то, что раст­воримость ряда примесей в твердом железе ниже, чем в жид­ком. Вследствие этого растущие при затвердевании оси кристаллов содержат меньшее количество примесей, чем исходная сталь (так называемый процесс "избирательной кристаллизации"), а остающийся жидкий металл обогащается примесями.

Склонность к ликвации различных элементов, содержащих­ся в стали, неодинакова. Степень ликвации обычно характе­ризуют следующим выражением:

Стах - Cmin -юо%,

где С и С — максимальное и минимальное содержание
max mm

элемента в той или иной части слитка; Сж- содержание

элемента в жидкой стали.

Различают ликвацию двух видов: дендритную и зональную.

Дендритная ликвация — это неоднородность стали в пре­делах одного кристалла (дендрита); она возникает в ре­зультате избирательной кристаллизации. Наибольшей склон­ностью к дендритной ликвации обладают сера, фосфор и углерод. Вместе с тем дендритной ликвации подвержены так­же кремний, марганец, вольфрам, хром, молибден и ряд дру­гих элементов. Величина дендритной ликвации, т.е. разли­чие между содержанием отдельных элементов в осях и меж-осных пространствах дендритов достигает существенных зна­чений, так степень дендритной ликвации в 3-т слитке сос­тавляет, %: серы около 200, фосфора 150, углерода 60, кремния 20, марганца 15.

Отрицательное влияние дендритной ликвации проявляется в том, что она вызывает появление в готовой стали полос­чатой структуры: при прокатке оси дендритов и межосные участки вытягиваются, образуя волокна или полосы, обла­дающие неодинаковым составом и свойствами. Структурная же полосчатость, а также вытягивающиеся вдоль волокон не­металлические включения вызывают анизотропию механических свойств металла в продольном и поперечном относительно оси прокатки направлениях: пластические свойства стали в поперечном направлении оказываются более низкими, чем в продольном.



Зональная ликвация— это неоднородность состава стали в различных частях слитка. Она достигает бблыних значе­ний, чем дендритная ликвация, и представляет существенно ббльшую опасность. К образованию зональной ликвации склонны сера, фосфор, углерод и кислород. Зональной же ликвации марганца, кремния, хрома, никеля, вольфрама, ва­надия и титана практически не наблюдается. Наибольшей склонностью к зональной ликвации обладает сера, несколько меньшей фосфор и еще меньшей— углерод.

Зональная ликвация вызывает неоднородность свойств в различных частях стальных изделий и может вызывать отбра­ковку металла вследствие отклонения состава металла от заданного.

В возникновении зональной неоднородности наряду с избирательной кристаллизацией важную роль играют процес­сы, приводящие к перемещению ликвирующих элементов из одной части слитка в другую. Такими процессами являются: диффузия примесей из двухфазной области в объем оставше­гося жидкого металла; конвективные токи металл в изложни­це, приводящие к выносу ликватов в верхнюю и среднюю час­ти слитка; всплывание объемов загрязненного примесями ме­талла вследствие того, что их плотность меньше плотности остального металла. По этим причинам верхняя и осевая части слитка, кристаллизующиеся в последнюю очередь, обычно обогащаются примесями.

Зональная ликвация в слитке спокойной стали. В наруж­ной корковой зоне слитка ликвация отсутствует и состав металла здесь не отличается от состава жидкой стали, по­скольку из-за быстрой кристаллизации поверхностных слоев слитка ликвационные процессы здесь не успевают развиться.

В остальном объеме слитка ликвация серы, фосфора и углерода подчиняется следующей закономерности: в верхней части слитка содержание элементов возрастает в направле­нии к оси; в средней по высоте части слитка ликвация не­значительна; в нижней части наблюдается обратная ликва­ция — содержание серы, фосфора и углерода убывает в направлении к оси слитка. Отрицательную ликвацию в нижней части слитка объясняют всплыванием и перемещением при­месей в верхнюю часть слитка.

Наряду с отмеченной общей закономерностью распределе­ния ликвирующих примесей в слитке спокойной стали наблю-


 

Рис. 155. Схема ликвации в слитке спокойной стали:

/ — А-образная ликвация; 2 — V-образная ли­квация; плюс — зоны положительной ликвации; минус — зона отрицательной ликвации

даются (рис. 155) специфические виды ликвации: V-образная ликвация под усадочной раковиной и скопление при­месей в виде нитей или полос — Л-образная ликвация или "усы". Обра­зование V-образной ликвации объясня­ют опусканием в усадочные пустоты осевой части слитка загрязненного примесями металла из прибыли. Причи­на образования Л-образной ликвации не выяснена. Одни металлурги считают "усы" следами выделявшихся при крис­таллизации пузырьков водорода, кото­рые увлекали за собой примеси; дру­гие видят причину в опускании за­грязненного примесями металла в уса­дочные полости низа слитка по узким каналам между осями дендритов.

Наибольшее количество ликвирующих элементов обнаружи­вается в подприбыльной осевой части слитка, где металл затвердевает в последнюю очередь, а также в районе "усов". В слитках легированной стали массой 2,5—4,5 т степень ликвации под усадочной раковиной составляет, %: серы 170-300, фосфора 150-260, углерода 150-200. Обычно эта часть слитка отрезается при прокатке.

Зональная ликвация развивается тем сильнее, чем больше масса и поперечное сечение слитка и чем больше длитель­ность его затвердевания. В связи с этим высококачествен­ные и легированные стали, используемые для изготовления деталей ответственного назначения, разливают в слитки небольшой массы (« 6,5 т).

При увеличении содержания легирующих элементов в стали ликвация несколько уменьшается. Существенно снижает лик-нацию серы, фосфора и углерода никель; при содержании ни­келя в стали более 4% ликвация этих элементов в слитке незначительна.


 




           
   
 
 
     
 

Рис. 156. Общий вид двух-стопорного сталеразливочно-го ковша

Зональная ликвация в слитке кипящей стали. В механи­чески закупоренном слитке наружный слой здоровой корки вследствие очень быстрого затвердевания по составу не отличается от жидкой стали. В остальном объеме до вторич­ных пузырей наблюдается отрицательная ликвация серы, фос­фора и углерода. Это объясняется тем, что при активном кипении ликваты выносятся в верхнюю часть слитка.

Центральная часть слитка внутри вторичных пузырей, затвердевающая после закупоривания, загрязнена ликватами. При этом содержание серы, фосфора и углерода возрастает в направлении от поверхности к оси и от низа к верху слит­ка. Максимальное скопление примесей — "ликвационный центр"— находится в середине верхней части слитка на расстоянии 5—15 % высоты от его верха.

Зональная ликвация в слитках кипящей стали в связи с интенсивной циркуляцией металла выражена значительно сильнее, чем в слитках спокойной стали. В центре скопле­ния примесей крупных механически закупоренных слитков степень ликвации серы может достигать 800 %, фосфора 500%, углерода 300%. В связи с этим при производстве качественных кипящих сталей для удаления скопления вред­ных примесей головную обрезь приходится увеличивать до 10—13 % от массы слитка (вместо 5—9 % для рядовой стали).

В связи с сильным развитием ликвации при механическом закупоривании его в последние годы заменяют химическим. В этом случае зональная неоднородность выражена значительно слабее из-за раннего прекращения кипения, т.к. химическое закупоривание производят через 1—1,5 мин после окончания наполнения изложницы, а механическое — через 7—15 мин.

В химически закупоренном слитке быстро затвердевающая корковая зона и зона слабо развитых сотовых пузырей не имеют заметной ликвации. В остальном объеме слитка отме­чается слабо заметное повышение содержания примесей в направлении от низа к верху и от поверхности к оси слит­ка. Имеется слабо выраженные А-образная ликвация и V-образная, располагающаяся под зоной пустот и пузырей. На оси слитка на расстоянии 25—35% высоты от верха нахо­дится ликвационный центр — локальное скопление примесей.

В слитке полуспокойной стали характер ликвации пример­но такой, как в химически закупоренном слитке кипящей стали.





©2015 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.