ДЕФЕКТЫ СТАЛЬНЫХ СЛИТКОВ

Дефекты или пороки стальных слитков разделяют на естест­венные, т.е. неизбежные, которые возникают при затверде­вании и охлаждении слитка, и технологические, которые возникают из-за несовершенства технологии разливки, а также выплавки стали. К числу первых относятся усадочная раковина, осевая рыхлость, химическая и структурная не­однородность, сотовые пузыри, эндогенные неметаллические включения; к числу вторых — трещины, плены, завороты кор­ки, подкорковые пузыри в слитках спокойной стали, "голе­нища" и рослость слитков кипящей стали, малая толщина в них здоровой корочки и некоторые другие. Часть дефектов рассмотрены при описании строения слитков, наиболее важ­ные из остальных рассматриваются ниже.

Поперечные горячие трещины. Образование наружных попе­речных трещин - результат препятствия свободной усадке затвердевающего слитка. Наиболее часто трещины возникают вследствие местного зависания слитка в изложнице.

При наличии выбоин в стенках изложницы или зазора меж­ду изложницей и прибыльной надставкой жидкий металл за­полняет эти углубления и застывает в них. В дальнейшем полузатвердевший слиток зависает в этом месте, так как его длина уменьшается вследствие усадки стали. Корочка затвердевшего металла может разорваться в месте зависания под действием веса слитка.

Для предупреждения образования этого порока необходимо обеспечивать плотное прилегание прибыльной надставки к изложнице и отбраковывать изложницы с дефектными стен­ками.

Продольные наружные горячие трещины^ Они возникают при разливке перегретой стали и при повышенных скоростях раз­ливки. Их ширина составляет 1-3 мм, длина достигает 1м и более.

Трещины образуются следующим образом. В результате усадки корки затвердевающего слитка и теплового расшире­ния изложницы между ними образуется зазор. Жидкий металл оказывается как бы в сосуде, стенками которого служит корка затвердевшего металла. Тонкая корка может не выдер­жать ферростатического давления жидкой стали; ее разрыв в продольном направлении и представляет собой продольную трещину. Вероятность разрыва тем выше, чем выше темпера­тура стали и скорость разливки, так как в этих случаях из-за избытка тепла медленнее нарастает толщина корки затвердевшего металла. Продольные трещины чаще образуются у углов слитка и иногда на его гранях.

Склонность к образованию продольных трещин зависит от свойств стали (пластичности в горячем состоянии) и формы поперечного сечения слитка. Наибольшей склонностью к тре-щинообразованию обладают слитки круглого сечения, пос­кольку в этом случае поверхность соприкосновения слитка и изложницы, т.е. поверхность теплоотдачи оказывается наи­меньшей и медленнее нарастает толщина корки затвердеваю­щего металла. Наименьшей склонностью к образованию про­дольных трещин обладают слитки, отливаемые в изложницы прямоугольного сечения с вогнутыми и волнистыми гранями.

Мерами борьбы с образованием продольных горячих трещин обычно служат: предотвращение перегрева стали, уменьшение скорости разливки, применение изложниц с вогнутыми и вол­нистыми стенками.

Возможно также образование горячих продольных трещин на грани слитка в результате неправильного центрирования струи металла при разливке сверху. Если струя металла отклоняется от центра изложницы, то она будет размывать корку затвердевающего металла и в месте ее утоньшения образуется трещина.

Продольные холодные наружные трещины. Они образуются в процессе охлаждения затвердевшего слитка на его гранях при температуре ниже 600 °С. Они возникают при слишком быстром охлаждении слитков в результате термических и фа­зовых напряжений. Для предотвращения их образования сле­дует медленнее проводить охлаждение слитков. Наиболее действенное средство против образования термических тре­щин — посадка слитков в нагревательные колодцы в горячем состоянии.

Склонность стали к образованию холодных трещин возрас­тает при ее легировании хромом, марганцем, кремнием, а также при содержании в стали более 0,4 % С.

Внутренние трещины в осевой части слитков спокойных легированных сталей. Они иногда образуются в результате термических напряжений при слишком быстром охлаждении слитка в конце кристаллизации. В прокатанном металле они могут вызывать расслоения (нарушения сплошности металла).

Плены. Они обычно образуются при разливке сверху и преимущественно в нижней части слитка. В результате удара струи металла о дно изложницы сталь разбрызгивается. Брызги и заплески застывают на -стенках изложницы, причем поверхность их окисляется и поэтому они не растворяются в поднимающейся жидкой стали и не свариваются с основной массой слитка, образуя дефект поверхности слитка — плены. Плены не свариваются с металлом и при прокатке, вследст­вие чего поверхность прокатанных заготовок приходится подвергать зачистке.

Для уменьшения разбрызгивания заполнение изложниц на­чинают медленно при неполностью открытом стопоре или затворе. С целью уменьшения пленообразования применяют также разливку через промежуточные ковши и воронки (см.

рис. 149). Вследствие малой высоты столба жидкой стали в воронке или ковше уменьшается напор струи и ослабляется удар о дно изложницы и разбрызгивание.

Заворот корки. Это дефект поверхности слитков, обра­зующийся преимущественно при сифонной разливке вследствие окисления и охлаждения поверхности жидкой стали в излож­нице.

Обычно поверхность поднимающегося в изложнице металла покрывается пленкой оксидов, образующихся в результате окисления составляющих стали кислородом воздуха. Затвер­девающий под пленкой металл образует вместе с ней корку, которая поглощает также всплывающие из .жидкой стали неме­таллические и шлаковые включения. Если корка пристает к стенкам изложницы, то поднимающийся снизу металл проры­вает ее, заворачивает к стенке изложницы и заливает. В месте заворота корки в слитке обнаруживаются скопления неметаллических включений и газовые пузыри, образующиеся в результате взаимодействия оксидов корки с содержащимся в стали углеродом. В процессе прокатки в месте заворота корки возникают разрывы металла (рванины), поэтому тре­буется зачистка поверхности проката или поверхности слит­ков перед прокаткой, что усложняет производство и вызы­вает дополнительные потери металла.

Интенсивность роста корки и пораженность слитка заво­ротами увеличиваются при низких температуре разливаемой стали и скорости разливки и, в особенности, при наличии в стали легкоокисляющихся элементов (хрома, алюминия, тита­на). Определенного снижения интенсивности образования корки достигают путем повышения температуры и скорости разливки, однако возможности подобного метода ограничены в связи с повышением при этом вероятности образования продольных трещин. Если регулированием температуры и ско­рости разливки предотвратить образования корки не удает­ся, то прибегают к специальным мерам защиты поверхности металла в изложнице от окисления (см. c_f 540).

Осевая {центральная) пористость или рыхлость — это мелкие усадочные пустоты В: осевой части слитка. Особенно много их под усадочной раковиной.

Прокатка металла не всегда обеспечивает заваривание осевых пор, особенно при производстве заготовок крупного сечения вследствие меньшей степени обжатия. Наличие осе-

вой пористости обнаруживают при контроле макроструктуры прокатанных заготовок. При выявлении недопустимой цент­ральной пористости металл не может быть использован для изготовления деталей ответственного назначения.

Осевая пористость образуется следующим образом. При кристаллизации слитка осевая зона незатвердевшего металла все время сужается и в отдельных местах происходит срас­тание кристаллов, растущих с противоположных боков этой зоны. Под сросшимися кристаллами затвердевание идет без доступа жидкого металла сверху из прибыльной части слитка и поэтому в этих местах образуются мелкие усадочные пус­тоты.

Увеличению осевой рыхлости способствует понижение тем­пературы разливаемого металла, увеличение массы слитка, наличие в стали элементов, повышающих усадку при затвер­девании (в особенности углерода), наличие элементов (хро­ма, титана), увеличивающих вязкость жидкой стали.

На развитие осевой рыхлости большое влияние оказывает конусность слитка. Чем она больше, тем дольше длится затвердевание вышележащего слоя по сравнению с нижележа­щим и вследствие этого улучшается питание жидким металлом нижележащих слоев осевой части слитка и уменьшается осе­вая пористость. Однако обычно конусность слитков ограни­чивают 2—4%, так как увеличение конусности, как уже ука­зывалось, затрудняет прокатку слитков.

Улучшение обогрева верхней части слитка приводит к уменьшению осевой пористости.

Внутренние пузыри в слитках спокойной стали. Отдельные газовые пузыри обычно обнаруживаемые в верхней части слитка возникают в результате недостаточной раскисленнос-ти стали или повышенного содержания в ней водорода. В недораскисленной стали растворенный кислород реагирует с углеродом и образуются пузыри СО, избыточный водород вы­деляется в виде пузырей при кристаллизации; образующиеся пузыри СО и водорода задерживаются между кристаллами в объеме слитка. Раскатанные пузыри обнаруживаются в метал­ле после прокатки в виде мелких трещин.

Рослость слитков спокойной стали возникает по той же причине, что и отдельные пузыри СО или Н₂. При значитель­ной недораскисленности стали или высоком содержании водо­рода газовых пузырей образуется так много, что они вспу-

чивают металл верхней части слитка, вызывая увеличение его высоты ("рост"). Для слитков спокойной стали рослость является браковочным признаком. Рослость, вызываемая вы­делением водорода, характерна для сталей с повышенным со­держанием кремния.

Подкорковые пузыри. В слитках спокойной стали иногда обнаруживаются газовые пузыри, расположенные у поверхнос­ти слитка. Причин возникновения этих подкорковых пузырей несколько. Одна из них— излишне толстый слой смазки из­ложницы. В этом случае смазка не успевает выгореть до подхода ждкого металла и залитая металлом возгоняется. Возгоны задерживаются между кристаллами затвердевающего металла, образуя пузыри.

Пузыри образуются и при слишком высоком (> 0,5 %) со­держании влаги в смазке в результате ее испарения, а так­же при разливке недостаточно раскисленной стали вследст­вие образования при ее кристаллизации пузырьков СО. Обра­зуются подкорковые пузыри и в результате разбрызгивания стали при разливке сверху. Приставшие к стенкам капли ме­талла (брызги) окисляются с поверхности. Попав затем в жидкую сталь, оксиды капель реагируют с углеродом стали,

образуя пузырьки СО.

При прокатке слитков в местах расположения пузырей возникают волосовины — мелкие тонкие трещины.

Рослость слитков кипящей стали возникает при недоста­точной окисленности металла, когда из-за вялого кипения в слитке остается много пузырей СО, вызывая увеличение его

высоты.

Большое число газовых пустот, особенно в верхней части слитка (малая плотность его верха) вызывает необходимость увеличения головной обрези слитков при прокатке. Посколь­ку при вялом кипении получается малая толщина беспузырис­той корки, рослость слитка свидетельствует о наличии и

этого дефекта.

Голенище. При чрезмерной окисленности кипящей стали кипение в процессе заполнения изложницы идет очень бурно, пузырьки СО сильно вспенивают металл. После окончания ин­тенсивного кипения (при химическом закупоривании после ввода алюминия) сталь оседает, оставляя на стенках излож­ницы застывшую корку (голенище).

Глава 6. НЕПРЕРЫВНАЯ РАЗЛИВКА СТАЛИ