Усадочные раковины в стальных слитках и заготовках

Раздел ГРНТИ: Производство черных металлов и сплавов
Дюдкин Д.А. и др.
Металлургия, 1983 г.

Ссылка доступна только зарегистрированным пользователям.
Дюдкин Д.А. и др. Усадочные раковины в стальных слитках и заготовках

5. ХАРАКТЕРИСТИКА КАЧЕСТВА ПРОКАТА, ОБУСЛОВЛЕННОГО УСАДОЧНЫМИ ЯВЛЕНИЯМИ
 
5.1. ВТОРИЧНАЯ УСАДОЧНАЯ РАКОВИНА И ЕЕ ВЛИЯНИЕ НА КАЧЕСТВО МЕТАЛЛА
В современных цехах технология разливки стали в уширенные кни­зу изложницы с теплоизолирующими вкладышами обеспечивает ряд технологических и экономических преимуществ. Вместе с тем особен­ности затвердевания спокойной стали в таких изложницах приводят к появлению в структуре слитков вторичных усадочных раковин и рыхлости. Исследования, выполненные различными авторами, пока­зали, что для ряда углеродистых и низколегированных сталей нали­чие вторичных усадочных дефектов не сопровождается ощутимым ухуд­шением качественных показателей готового проката. Однако, что ка­сается металла широкого сортамента,, то наличие этих дефектов пот­ребовало углубленного изучения их влияния на качество металла и ис­следования механизма формирований вторичной усадочной ракови­ны и факторов, оказывающих влияние на ее размеры и расположение.
 
Формирование вторичной усадочной раковины и рыхлости
 
На расположение усадочных дефектов стального слитка существен­ное влияние оказывает направленность затвердевания. Теплоотвод  должен быть организован таким образом, чтобы металл затвердевал последовательно от донной к прибыльной части слитка. При этом должны сохраняться условия для беспрепятственного питания всех затверде­вающих участков слитка. Критерием направленного затвердевания слу­жит соотношение скоростей вертикальной и горизонтальной кристал­лизации слитка. Если смыкание фронтов кристаллизации в горизон­тальном направлении в верхней части изложницы происходит раньше, чем на нижних горизонтах слитка, то создается область, трудно дос­тупная для питания жидким металлом. После окончательного затвер­девания слитка здесь образуется вторичная усадочная раковина, отде­ленная от первичной так называемым  "мостом"  металла.
 
Такая схема затвердевания характерна для слитков спокойной ста­ли с обратной конусностью, в том числе отлитых в уширенные книзу изложницы с теплоизоляционными вкладышами. Многочисленные ис­следования продольных осевых темплетов от таких слитков свидетель­ствуют о том, что во всех случаях ( с различным утеттлениеж зеркала металла ) образуется открытая усадочная раковина. Форма раковины и ее глубина зависят от способа утепления зеркала металла и состава теплоизоляционных вкладышей. Под усадочной раковиной наблюдает­ся зона, обогащенная примесями, и внеосевая неоднородность. Ниже, в осевой части слитка располагаются вторичные усадочные дефекты, отделенные от первичной усадочной раковины плотным "мостом".
В качестве примера рассмотрим структуру уширенного книзу слит­ка массой 8,9 τ из стали СтЗсп. В слитке толщина моста плотного ме­талла в подприбыльной части составила 200—250 мм, ниже которого по оси слитка на расстоянии 400 мм ( от 25 до 40 % от верха слитка } рас­полагался металл с усадочной рыхлостью. На горизонтах от 40 до 53 % имелись вторичные усадочные пустоты, размеры которых ( после трав­ления темплета в горячей соляной кислоте ) составили до 30 мм дли­ной и 6—12 мм шириной. Для детального исследования структуры из де­фектных зон вырезали планки. Металлографические исследования по­казали, что внутренние полости этих дефектов не окислены и не заг­рязнены неметаллическими включениями. На серных отпечатках в районе вторичных дефектов обнаружена ликвация серы и фосфора, но она нахо­дилась в тех же пределах, что и в районе зональной λ-образной сегрега­ции в обычном слитке.
 
На планках из опытного слитка изучали ликвацию элементов непос­редственно из мест с вторичными усадочными дефектами путем отбо­ра стружки сверлом диаметром 10 мм. Результаты исследования пока­зали, что максимальная степень ликвации по углероду ( 42 % ) и сере ( 50 % ) обнаруживается вблизи от усадочной пористости и пустот. На горизонтах 25—40 % от верха слитка ( район расположения усадочной рыхлости ) степень ликвации несколько выше, чем на горизонтах 37— 55 %, где расположены вторичные усадочные пустоты.
Таким образом, наличие в слитке вторичных усадочных дефектов, а также расположенных в этой зоне участков с повышенной степенью ликвации может оказать отрицательное влияние на качество готово­го проката.
 
Факторы, влияющие на вторичную усадку
 
Факторы, влияющие на размеры и расположение вторичной усадоч­ной раковины и рыхлости, изучали путем модельных исследований и на продольных разрезах промышленных слитков. Представляло инте­рес оценить влияние утепления прибыльной части слитка на вторичные усадочные дефекты.
Отличительной особенностью формирования опытных слитков А и Б является отсутствие затвердевания металла в прибыли в течение первых 10 мин ( момент введения, первой порции изотопа ), в то вре­мя как при контакте с шамотной футеровкой  (слиток В ) за это вре­мя кристаллизуется слой металла толщиной 25 мм. В дальнейшем ско­рость затвердевания металла в контакте с теплоизоляционными вкла­дышами ( слиток А ) заметно ниже, чем в контакте с утеплителем из быстротвердеющей смеси ( слиток Б ) и шамотной футеровкой ( сли­ток А).
Результаты сопоставления значений коэффициентов затвердевания металла в подприбыльной части слитков показывают, что на верхних горизонтах слитка А скорость затвердевания меньше на 17—30 %, а слитка Б — всего на 3—10 % по сравнению со сравниваемым слитком В. Эти соотношения свидетельствуют, что на формирование структуры, верхних горизонтов слитков оказывает влияние тепло, подводимое из прибыли. На среднем горизонте слитков коэффициенты затвердевания практически одинаковы, следовательно, здесь влияние подвода тепла из прибыли при улучшении ее теплоизоляции практически не проявляется.