Главная
Новости
Ремонт
Каркасный дом
Несущие конструкции
Металлические конструкции
Прочность дорог
Дорожные материалы
Стальные конструкции
Воздухоопорные сооружения
Грунтовые основания




25.06.2019


25.06.2019


24.06.2019


24.06.2019


24.06.2019


24.06.2019


23.06.2019


23.06.2019


23.06.2019


23.06.2019





Яндекс.Метрика

Контакты | Карта сайта
         » » Пороки стального слитка

Пороки стального слитка

21.03.2019

После охлаждения слитки подвергают контролю для выявления возможных дефектов. Все дефекты стальных слитков можно разделить на наружные (поверхностные) и внутренние.

К наружным дефектам относят:

1) продольные и поперечные трещины;

2) термические трещины, возникшие на поверхности слитка в процессе его остывания;

3) завороты и плены;

4) подкорковые пузыри.

Внутренние дефекты более опасны, так как их сложнее обнаружить и устранить; часто они выявляются лишь в процессе обработки изделий. К внутренним порокам относятся:

1) усадочная раковина;

2) усадочная рыхлость (пористость) в осевой зоне слитка;

3) химическая неоднородность слитка;

4) внутренние газовые пузыри;

5) неметаллические включения;

6) термические трещины, возникшие внутри слитка в процессе его затвердевания.

Поверхностные пороки

Продольные трещины располагаются, как правило, по углам и реже по граням слитка. Образуются они в начальный момент кристаллизации, когда только что появившаяся твердая корочка металла в результате усадки отстает от стенок изложницы и в наиболее тонких местах не выдерживает давления жидкого металла. К возникновению продольных трещин приводит слишком быстрая или слишком горячая разливка, так как в этих случаях первичная корочка слитка особенно тонка и непрочна.

Разливка стали в квадратные изложницы с выпуклыми или волнистыми внутренними гранями, имеющие большую теплоотводящую поверхность, чем круглые, позволяет в значительной мере избежать продольных трещин на слитках, поскольку при этом наружная корочка металла толще и прочнее.

Высоколегированные стали являются более вязкими и поэтому менее склонны к образованию продольных трещин, так как в вязкой среде давление жидкого металла на наружную корочку слабее. По этой причине в слитках быстрорежущих, жаростойких и нержавеющих сталей продольные трещины встречаются редко.

Поперечные трещины обычно располагаются под прибылью в самой широкой части слитка. Они значительно снижают выход годной заготовки, увеличивая обрезь после прокатки на обжимном стане.

Причиной их возникновения является зависание слитка в изложнице во время затвердевания и разрыв его под действием собственной тяжести. Зависание слитка является следствием неправильной разливки и может произойти при проникновении металла в стык между изложницей и надставкой, при заплесках металла на верхнюю торцовую поверхность надставки, при наличии выбоин и неровностей на внутренней стенке изложницы, при разрыве струи металла (разливке сверху), при приваривании хвостовой части слитка к днищу изложницы.

Во избежание появления поперечных трещин необходимо соблюдать следующие правила:

1) между соприкасающимися поверхностями изложницы и надставки не должно быть зазора, для чего эти поверхности нужно подвергать механической обработке (изложницы и надставки, имеющие крупные вмятины и выбоины, должны быть отбракованы);

2) при сборке канавы тщательно очищать поверхность соприкосновения изложниц и надставок от скрапа, земли, глины и прочих случайно попавших труда материалов;

3) в процессе разливки необходимо своевременно очищать ломиком верхний торец надставки от заплесков металла и не допускать переполнения надставки жидкой сталью.

К числу внешних пороков слитка относятся также термические трещины, имеющие зигзагообразный вид. Появляются они при охлаждении слитка недостаточно пластичного металла в интервале 500—600° С в результате возникающих термических напряжений. Радикальным средством борьбы с этим дефектом является передача слитков в горячем состоянии в нагревательные колодцы обжимного стана или в печи термического отделения.

Завороты могут возникнуть при очень медленной и холодной разливке. В этом случае корочка окислов, покрывающая поверхность металла, начинает прилипать к стенкам изложниц, в то же время жидкий металл продолжает подниматься и рвет прилипшую к изложнице корочку. Окисленная корочка не сваривается с основной массой металла и представляет собой инородное включение, которое в дальнейшем при прокатке приводит к образованию рванин на заготовке (рис. 64).

Чтобы предотвратить образование заворотов, необходимо разливать достаточно горячий металл, умело регулировать скорость разливки, создавать над поверхностью стали в изложнице дымовую завесу (в результате горения смазки или деревянных рамок).

Плены представляют собой заплески металла, прилипшие к стенкам изложницы и приварившиеся затем к слитку.

Появление брызг могут вызвать следующие нарушения нормального режима разливки:

1) струя разливаемого металла падает не в центр изложницы;

2) металл кипит у стенок вследствие очень высокой скорости разливки;

3) выбросы металла при сифонной разливке (хлопки).

Поэтому для предотвращения брызг нужно устанавливать воронку строго по центру, регулировать скорость наполнения изложниц путем изменения диаметра воронки, медленно подавать первые порции металла в центровую при сифонной разливке.

Подкорковые пузыри возникают при очень густой смазке изложниц или вследствие слишком быстрой разливки, когда смазка не успевает сгореть прежде, чем поднимется металл и догорает уже в нем. Выделяющиеся при этом газы и образуют подкорковые пузыри; обычно они расположены вблизи поверхности слитка, но иногда выходят на поверхность.

Причиной появления пузырей может быть также разбрызгивание металла. При подъеме уровня стали окисленные брызги, прилипшие к стенкам изложницы, расплавляются и содержащийся в них кислород взаимодействует с углеродом жидкой стали, образуя газ — окись углерода.

На поверхности заготовки, прокатанной из пораженного подкорковыми пузырями слитка, образуются волосовины (рис. 65).

Усадочная раковина — неизбежный дефект стального слитка. Объем ее обычно невелик — около 3% всего объема слитка. Однако она может иметь вытянутую форму и проникать далеко в глубь слитка. Поскольку ту часть слитка, в которой расположена усадочная раковина, после прокатки отрезают, в этом случае потерн металла особенно велики. Вот почему нужно принимать различные меры, позволяющие поддерживать верхнюю часть слитка как можно дольше в жидком состоянии и тем самым выводить усадочную раковину как можно выше (см. стр. 317).

Усадочная рыхлость (пористость) возникает в результате недостаточного питания жидкой сталью осевой зоны слитка в процессе его затвердевания. Дендритные кристаллы, растущие навстречу друг другу от противоположных стенок изложницы, могут встретиться еще до окончания затвердевания последних порций металла и затруднить тем самым питание жидкой сталью осевой зоны слитка, расположенной под этими дендритами. Это и приводит к образованию осевой усадочной рыхлости.

Чем выше содержание углерода в стали, тем больше температурный интервал кристаллизации и тем сильнее сталь склонна к образованию усадочной рыхлости. То же самое можно сказать и о сталях повышенной вязкости, где проникновение жидкого маточного раствора в пустоты между скелетами кристаллов затруднено. Поэтому в слитках высокоуглеродистых и высоколегированных сталей осевая рыхлость бывает развита особенно сильно.

Чтобы уменьшить осевую пористость, па некоторых заводах применяют тонкостенные изложницы. В этом случае скорость затвердевания слитка по высоте и сечению выравнивается и заметно снижается, благодаря чему значительно улучшается питание нижележащих участков осевой зоны жидкой сталью и слиток оказывается практически не пораженным усадочной пористостью.

Некоторое повышение температуры разливаемой стали и скорости разливки благоприятно влияет на плотность сердцевины слитка, поскольку металл поступает в прибыльную часть с большим запасом тепла и, следовательно, прибыль может дольше питать осевую зону.

Химическая неоднородность, называемая также ликвацией, в той или иной степени свойственна любому слитку. Объясняется это следующим. Сталь представляет собой раствор углерода, кремния, марганца, фосфора, серы, кислорода и других элементов. При охлаждении расплавленной стали в изложнице в первую очередь застывают тугоплавкие составляющие раствора, в то время как более легкоплавкие компоненты продолжают оставаться жидкими. Так, температура плавления соединений фосфора, серы и углерода с железом ниже, чем чистого железа, вследствие чего эти составляющие стали в больших количествах скапливаются в тех зонах слитка, где металл затвердевает в последнюю очередь. Результатом этого и является неодинаковое содержание отдельных элементов, входящих в состав стали, в различных зонах слитка (рис. 66).

Помимо зональной ликвации, существует дендритная ликвация, представляющая собой химическую неоднородность в объеме крупного кристалла.

Ликвация выявляется путем травления полированных образцов стали кислотой или сравнением химического состава проб металла, отобранных из различных частей слитка. На протравленных образцах ликвационные участки заметны в виде темных точек, пятен или полос. Так называемая «пятнистая ликвация» довольно часто встречается в слитках стали, легированной алюминием (например, 38ХМЮА).

Химическая неоднородность отрицательно влияет на качество стали. Образцы металла, которые отобраны из ликвационной зоны, обогащенной углеродом, серой и фосфором, характеризуются пониженными механическими свойствами.

Внутренние газовые пузыри (свищи) образуются в слитке вследствие того, что растворенные в стали газы не успевают выделиться из жидкого металла при его затвердевании.

Причины попадания газов в сталь различны. Кислород и водород, например, могут быть внесены в плавку шихтовыми материалами (промасленной стружкой, ржавым стальным ломом и т. п.). Если желоб, ковш, центровая, сифонные проводки или прибыльные надставки недостаточно просушены, влага под действием высокой температуры расплавленной стали разлагается на кислород и водород, которые поглощаются металлом. Азот может попасть в сталь с шихтой (в частности с ферросплавами), а также из воздуха при его диссоциации в зоне электрических дуг.

Внутренние пузыри служат причиной образования на поверхности готовых изделий мелких волосных трещин (волосовин). Возможен и другой дефект изделий: при горячей механической обработке заготовки или поковки микропоры металла, заполненные водородом, превращаются в трещины, называемые флокенами. Флокены резко снижают механические свойства стали, пораженный флокенами металл не может быть использован для ответственных деталей.

Неметаллические включения — серьезный порок стали. Они могут быть причиной возникновения в изделиях волосовин, внутренних трещин и тому подобных дефектов. Включения, находящиеся на рабочей поверхности, например, коленчатого вала, орудийного ствола, деталей подшипников могут стать местом коррозии или надреза участком повышенного износа, очагом концентрации напряжений, причиной появления трещин при термической обработке.

Возможные источники загрязнения стали неметаллическими включениями:

- огнеупорные материалы, попадающие в расплавленный металл вследствие его шлакующего действия на футеровку;

- шлаковые частицы, захватываемые сталью в процессе разливки;

- различные примеси, поступающие в плавку вместе с шихтой;

- продукты реакций, происходящих в процессе выплавки стали;

- взаимодействие жидкой стали с воздушной атмосферой.

Встречающиеся в стали неметаллические включения в зависимости от их химического состава делятся на окислы, сульфиды, нитриды, карбиды и силикаты. Чем больше содержится в стали хрома, кремния, титана и особенно марганца, тем вероятнее возможность загрязнения ее неметаллическими включениями.

Как правило, наибольшее количество включений обнаруживается в последних слитках по ходу разливки. Объясняется это, во-первых, повышенной вязкостью стали, остывшей за время разливки (затрудняется всплывание включений), и, во-вторых, тем, что в последние изложницы попадает остаток металла, в который поднялись включения, но не успели еще поглотиться шлаком.

Чтобы уменьшить содержание в стали неметаллических включений, необходимо:

- соблюдать электрический и температурный режимы плавки;

- обеспечивать интенсивное кипение ванны в процессе ее окисления;

- применять в рафинировку комплексные раскислители;

- подвергать металл электромагнитному перемешиванию;

- доводить содержание серы в стали до возможно более низких значений;

- давать металлу достаточную выдержку после присадки ферросплавов;

- строго соблюдать температурный режим разливки;

- тщательно следить за тем, чтобы на желобе, в ковше, сифонных проводках и на кольцах центровой не било глины, пыли, земли и прочих посторонних материалов;

- применять для разливки стали огнеупорные материалы требуемого качества;

- изолировать жидкую сталь от воздействия воздуха в процессе разливки.

Внутренние термические трещины могут образоваться в различных зонах слитка, однако чаще всего они возникают в его осевой части. Этот дефект обычно поражает высоколегированные стали, обладающие сравнительно низкой теплопроводностью — хромоникелевые, хромоникельмолибденовые, хромоникельвольфрамовые. Чем ниже теплопроводность стали, тем неравномернее распределяется температура по высоте и сечению слитка при кристаллизации и охлаждении. Эта неравномерность обусловливает возникновение больших термических напряжений, которые в свою очередь приводят к внутренним (так называемым межкристаллитным) разрывам или трещинам.

Если трещины располагаются вблизи поверхности слитка, то при нагреве его перед прокаткой газы, проникая в трещины, окисляют их поверхность. После прокатки такого слитка заготовка имеет многочисленные рванины. Небольшие осевые разрывы, не подвергшиеся окислению газами, могут быть заварены в процессе прокатки при больших обжатиях.

Чтобы предупредить появление межкристаллитных трещин, рекомендуется:

1) выплавлять сталь с возможно меньшим содержанием серы;

2) разливать сталь в изложницы, обеспечивающие равномерное распределение температур в слитке (например, в тонкостенные изложницы с одинаковой по высоте толщиной стенки);

3) избегать быстрого охлаждения слитков (особенно в интервале 1450—1200°С);

4) передавать слитки в прокатку или ковку в горячем состоянии, но после полного затвердевания (при 600-700° С).

Удаление дефекте на слитках

При горячей механической обработке слитков (прокатке или ковке) имеющиеся па них дефекты, как уже было сказано, могут привести к образованию волосовин, рванин, трещин и т. д. Поэтому слитки высококачественной стали, прежде чем отправить их в дальнейший передел, подвергают специальной обработке для удаления поверхностных дефектов.

Наиболее надежным, хотя и сравнительно дорогим способом является обдирка слитков. Для этой цели применяют резцы из быстрорежущей стали или резцы с пластинами из твердых сплавов. В зависимости от марки стали и характера пороков глубина обдирки колеблется от 5 до 30 мм (с каждой стороны). Таким способом обрабатывают стали с высоким содержанием хрома, никеля, титана, алюминия (в частности, все нержавеющие стали).

Слитки конструкционных сталей обычно подвергают зачистке абразивами. Этим способом пользуются при подготовке слитков сталей, обладающих высокой твердостью, например инструментальных сталей (Р18, Х12М и др.). Абразивной зачистке целесообразно подвергать также слитки шарикоподшипниковой стали, для которой характерно большое число мелких поверхностных дефектов.

В последние годы широкое распространение получила высокопроизводительная огневая зачистка слитков, которая заключается в выжигании дефектов поверхностного слоя на глубину до 5 мм с помощью газовых резаков.

Пороки на слитках мягкой углеродистой стали, имеющие местный характер, вырубают пневматическим молотком.

Для удаления глубоких пороков или для снятия сплошной стружки при небольшой твердости металла применяют зачистку на фрезерном станке.

Внутренние пороки стальных слитков (свищи и усадочную раковину) выявляют, отрезая прибыльную часть. При наличии свищей слиток бракуют. Если после удаления прибыльной части на слитке остаются следы усадочной раковины, отрезают еще один слон металла (50—80 мм). Аналогичному повторному надрезу подвергают и все остальные слитки плавки.