Рафинирующие переплавы стали и сплавов в вакууме

Раздел ГРНТИ: Производство черных металлов и сплавов
Бояршинов В.А.
Металлургия, 1976 г.

Ссылка доступна только зарегистрированным пользователям.
Бояршинов В.А. Рафинирующие переплавы стали и сплавов в вакууме
СТРУКТУРА И КАЧЕСТВО ЛИТОГО МЕТАЛЛА
 
СТРОЕНИЕ СЛИТКОВ ВДП
В слитке ВДП наблюдаются три макроструктурные зоны: периферийная зона мелких неориентированных кристаллитов, зоны столбчатых и равноосных кристаллитов. При ВДП сталей и сплавов на низких плотностях тока, а также при ВДП метал­лов, склонных к транскристаллизации на принятых плотностях тока, зоны равноосных кристаллитов не наблюдается, и в основ­ном структура такого слитка, кроме периферийной зоны, пред­ставлена столбчатыми кристаллитами.
Типичным представителем трехзонной кристаллизации яв­ляется конструкционная сталь 30ХГСНМА. Ниже приведены соотношения между кристаллизационными зонами слитков стали 30ХГСНМА различного диаметра, выплавленных при I/D= 200 А/см:
DKV, мм..............
Протяженность зон кристаллизации, мм:
                           380    610    710
Столбчатой     270   280     220
Равноосной     100    320    480
                      
Ниже приведена протяженность зоны столбчатой и равноос­ной кристаллизации в слитках сплава на никелевой основе, выплавленных при I/D=120 А/см.
DKV, мм...........     150    280    380    480
Протяженность зон кристалли­зации, мм:
столбчатой    ....... 115    240    170    180
равноосной    ....... 30    135    200    290
Из этих данных следует, что с увеличением диаметра слитка происходит увеличение протяженности зоны равноосной крис­таллизации и уменьшение зоны столбчатых кристаллитов. Это имеет место вследствие снижения температурного градиента у фронта кристаллизации слитков большого диаметра по срав­нению с его значениями для слитков меньших размеров.
 
МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
Одной из основных задач ВДП является обеспечение макси­мальной однородности свойств слитка. В соответствии с этим в дополнение к структурным исследованиям представляется целесообразным изучение по зонам свойств литого слитка, выплавленного в различных по размеру кристаллизаторах при разной силе тока.
При исследовании слитков сплава на никелевой основе было установлено, что наибо­лее представительной характе­ристикой механических свойств является степень сужения по­перечного сечения ψ. Зависи­мость степени сужения попе­речного сечения от угла на­клона столбчатых кристалли­тов к направлению отбора об­разца (рис. 94) свидетельствует
о том, что наиболее высокие значения ψ соответствуют образ­цам, отобранным по направлению роста столбчатых кристалли­тов, и наиболее низкие — образцам, отобранным в перпендику­лярном направлении.
Такая анизотропия свойств не может являться исключи­тельно результатом дендритной ликвации. Она, по-видимому, связана с основными свойствами межкристаллитных зон, в част­ности с присутствием в них повышенного количества примесей, неметаллических включений, выделением избыточных фаз. Об этом свидетельствует повышенная травимость границ кристал­литов, появление межкристаллитных трещин при грубой меха­нической обработке холодного металла и при деформации ме­талла при высоких температурах.
В табл. 41 приведены данные, характеризующие изменение механических свойств литой стали 30ХГСНМА по сечению слит­ков ВДП различного диаметра. Прочностные свойства в про­дольном и поперечном направлениях в исследованных слитках различаются незначительно. При этом абсолютная величина прочностных характеристик литого металла заметно превосхо­дит нормы, установленные техническими условиями для де­формированного металла (σΒ  > = 1600 Н/мм2 — продольные, σΒ,> =1550 Н/мм2 — поперечные образцы). Характеристики проч­ности почти не снижаются от периферии к центру слитков раз­личного диаметра. В этом заключается одно из преимуществ литого металла ВДП по сравнению с металлом обычной вы­плавки.
Уровень значений относительного удлинения и относитель­ного сужения снижается от периферии к центру слитков всех исследованных диаметров. Например, на расстоянии половины радиуса слитка относительное удлинение на 10—20%, а в осевой зоне на 25—30% меньше, чем в краевой зоне. В поперечном направлении эти соотношения составляют соответственно 10— 25 и 20—40 %. Относительное сужение в зоне равноосных кристаллитов (для слитков разных диаметров) в 1,5—2,0 раза (продольные образцы) и в 2,0—2,5 раза (поперечные образцы) меньше, чем в периферийной зоне слитка.
С увеличением диаметра слитка значения относительного удлинения и сужения, а также ударной вязкости уменьшаются. Особенно это заметно в зоне равноосной кристаллизации и на расстоянии I/2Rот периферии слитка. Так, снижение относи­тельного сужения в осевой зоне слитка диаметром 710 мм стали 30ХГСНМА по сравнению с этой же зоной слитка диаметром 380 мм составляет более 40% в продольном направлении и 50% в поперечном. Аналогичные соотношения для зоны направлен­ных кристаллитов составляют 18 и 21% соответственно. Сниже­ние относительного удлинения и ударной вязкости с увеличением диаметра слитка стали 30ХГСНМА проявляется в меньшей степени, чем относительного сужения.
Механические свойства по сечению слитков диаметром 710 мм стали 30ХГСНМА в зависимости от электрического режима ВДП приведены в табл. 42. Анализ представленных в табл. 42 результатов испытаний механических свойств под­тверждает полученную выше зависимость пластических харак­теристик металла от зоны направленных кристаллитов к зоне равноосной кристаллизации. Наиболее низкие значения пластич­ности и ударной вязкости получены на образцах из слитка, вы­плавленного при силе тока дуги 22 кА (линейная плотность тока 310 А/см, скорость наплавления слитка 13,8 кг/мин). Образцы из слитка, выплавленного при силе тока дуги 14 кА, показали наиболее высокий уровень свойств.