Строение слитка кипящей стали
Эффект кипения металла при затвердевании вызван выделением пузырей СО, образующихся при взаимодействии растворенных. в жидкой стали углерода и кислорода. Это явление предопределяет строение слитка кипящей стали (рис. 4.1,а). В затвердевшем слитке имеются следующие зоны:
1. Плотная наружная корочка (толщиной 8-10 мм), образующаяся в момент соприкосновения жидкого металла с холодными стенками изложницы. Корочка состоит из мелких, беспорядочно ориентированных кристаллов.
2. Сотовые пузыри вытянуты перпендикулярно к стенке изложницы. Такое расположение пузырей связано с направлением теплоотвода и ростом столбчатых кристаллов. Сотовые пузыри завариваются при прокатке слитков.
3. Плотный и чистый металл. В этой зоне газовыделения не происходит.
4. Вторичные пузыри (ширина зоны 30-110 мм). В момент их образования верх слитка успевает затвердеть, поэтому газовые пузыри не успевают выделиться из металла. Вторичные пузыри также завариваются при прокатке.
5. Средняя часть слитка, кристаллизующаяся в последнюю очередь и состоящая из беспорядочно ориентированных кристаллов, обогащенных ликвирующими примесями. В этой зоне также имеются (пузыри, особенно в верхней части, причем эти пузыри усадочного происхождения. Верхняя часть этой зоны особенно сильно обогащена ликватами, поэтому ее отрезают. Обрезь составляет 5-10 % от массы слитка, она примерно вдвое меньше, чем у слитка спокойной стали.
Рис. 3.6. Строение слитков кипящей (а), полуспокойной (б) и спокойной
(в) стали:
1 – плотная корочка; 2 – сотовые пузыри; 3 – промежуточная плотная зона; 4 – вторичные пузыри; 5 – плотная центральная часть слитка; 6 – усадочная раковина; 7 – зона V-образной ликвации; 8 – зона /\-образной ликвации; 9 – зона отрицательной ликвации
Строение слитка полуспокойной стали. При затвердевании полуспокойной стали выделяется значительно меньше пузырей СО, т.е. она кипит менее интенсивно, чем кипящая. Остающиеся пузыри в слитке в верхней его части компенсируют усадочную раковину (рис. 4.1, б). Вследствие малой продолжительности кипения уменьшается химическая неоднородность. В слитке полуспокойной стали также имеется плотная корочка с мелкими беспорядочно ориентированными кристаллами. Зона сотовых пузырей значительно меньше, и они расположены в верхней части слитка. Вторичные пузыри в слитке отсутствуют. Пузыри концентрируются в головной части слитка. Таким образом, большая часть слитка представляет собой достаточно плотный металл без дефектов. В связи с этим головная обрезь у слитка полуспокойной стали составляет < 6 %, т. е. меньше, чем у кипящей и тем более чем у спокойной стали.
Строение слитка спокойной стали. В слитке спокойной стали (см. рис. 4.1, в) различают следующие структурные зоны: 1) тонкую наружную корку, состоящую из мелких, беспорядочно ориентированных кристаллов; 2) вытянутые столбчатые кристаллы; 3) крупные различно ориентированные кристаллы (центральная зона); 4) беспорядочно ориентированные кристаллы (осевая зона). В этой зоне обычно имеется осевая рыхлость и V-образная ликвация; 5) конус осаждения. Эта зона представляет собой конгломерат сросшихся кристаллов, наименее всего загрязненных примесями. В верхней части слитка имеется усадочная раковина, пустоты и рыхлость. Для слитка спокойной стали характерна незначительная химическая неоднородность, усиливающаяся с увеличением массы слитка.
Дефекты стальных слитков. Основными дефектами стальных слитков спокойной стали являются усадочная раковина, осевая рыхлость и химическая неоднородность, т.е. значительное различие по химическому составу структурных зон слитка. Прибыльную часть слитка, в которой сосредоточена усадочная раковина, отрезают при прокатке и обрезь отправляют на переплав.
Заворот корки (дефект поверхности) образуется при прорыве затвердевшей корочки на поверхности поднимающегося металла в изложнице. Возможно прилипание корочки к стенке изложницы, заворот и заливка ее поднимающимся кидким металлом. В месте заворота корочки скапливаются оксиды, которые препятствуют ее завариванию при прокатке, поэтому в этом месте образуются рванины. Для уменьшения возможности появления заворота корочки применяют различные методы защиты поверхности поднимающегося в изложнице жидкого металла от окисления (разливка в защитной атмосфере, под слоем шлака и др.).
Поперечные горячие трещины образуются при зависании слитка в изложницы в процессе затвердевания. Для предупреждения возникновения этого дефекта необходимо плотное прилегание прибыльной надставки к верхней части изложницы и не использовать изложницы с дефектами на их стенках.
Продольные трещины возникают при разрыве тонкой корочки затвердевшего металла при его кристаллизации. Возможно, образование горячих продольных трещин и на гранях слитка в результате плохого центрирования струи жидкого металла при разливке сверху. Для устранения появления продольных трещин необходимо поддерживать оптимальную скорость разливки, предотвращать сильный перегрев жидкой стали, а также применять изложницы с погнутыми и волнистыми стенками. Для исключения появления этого дефекта необходима своевременная посадка слитков в нагревательные колодцы в горячем состоянии вакуумирования.