Основные дефекты непрерывнолитых заготовок

ЛЕКЦИЯ №19

Дефектом непрерывнолитой заготовки принято считать отклонение от предусмотренного техническими условиями качества заготовки или металлопродукции, которое частично или полностью нарушает совокупность технологических или эксплуатационных свойств изделия (сплошность, химический состав, структура и т.п.).

Отдельные дефекты непрерывнолитой заготовки могут быть идентифицированы уже непосредственно при их визуальном осмотре, а для определения остальных необходимо отбирать из заготовок специальные образцы. Порядок отбора проб и классификация дефектов регламентируются техническими условиями, которые могут изменяться в зависимости от сечения заготовки, ее назначения и т.п. Технические условия для непрерывнолитой заготовки, которая является полупродуктом, могут отличаться в различных странах и компаниях.

Между тем большое количество непрерывнолитых заготовок, которое получается в процессе разливки, практически исключает возможность тщательного осмотра всех заготовок в силу целого ряда технических трудностей. Поэтому в металлургической практике большое применение получили способы выборочного контроля непрерывнолитой заготовки, методика которых базируется на большом практическом опыте и законах статистики.

Все дефекты, встречающиеся в непрерывнолитых заготовках, можно условно разделить на следующие группы (рис.19.1):

-дефекты геометрической формы заготовки;

-поверхностные и подповерхностные дефекты;

-внутренние дефекты, которые располагаются внутри тела заготовки.

К числу основных дефектов непрерывнолитых заготовок следует отнести: дефекты геометрической формы, поверхностные продольные, поперечные и паукообразные трещины, внутренние трещины, дефекты в сердцевине слитка, поры и участки шлаковых включений и т.п.

Рис.19.1. Схематическое представление основных видов дефектов непрерывнолитой заготовки:1-глубокие продольные трещины на поверхности; 2-продольные трещины в зоне кромок; 3-короткие продольные трещины; 4-поперечные трещины по грани; 5-поперечные трещины в кромках; 6-паукообразные (звездообразные) трещины; 7, 8-внутренние трещины в продольном направлении; 9-угловые внутренние трещины; 10-угловые трещины; 11-осевые трещины; 12-поры и участки шлаковых включений на поверхности; 13-поры и шлаковые включения в виде гнезд, расположенных в продольных дорожках; 14-поры по всей поверхности слябов; 15-неметаллические включения на поверхности и подповерхностью; 16-осевая ликвация; 17-осевая пористость; 18-подповерхностные дефекты; 19-пояса и завороты

Общая характеристика основных видов дефектов геометрической формы и поверхности непрерывнолитой заготовки обобщена в табл.19.1.

Дефекты геометрической формы наиболее ярко проявляются для сортовой заготовки. Главным из них является ромбичность (рис.19.2).

Рис.19.2. Ромбичность сортовой заготовки (квадрат 150х150 мм)

Образование трещин в непрерывнолитой заготовки может быть вызвано различными причинами: низкими пластичностью и прочностью твердого каркаса при высоких температурах, металлургическими особенностями процесса кристаллизации, ферростатическим давлением, которое испытывает твердая оболочка слитка, температурными напряжениями, трением при изгибе-разгибе, механическими нагрузками и деформациями и пр. Если суммарная нагрузка создает в твердом каркасе напряжения, превышающие критические, то в процессе затвердевания развиваются трещины.

При этом для затвердевания поверхностных слоев заготовки характерны сильные перепады температур и интенсивный массо- и теплоперенос. В местах искажения температурных полей, как правило, также образуются поверхностные дефекты в виде трещин.

Поверхностные дефекты в значительной степени определяются механическими характеристиками формирующейся стальной оболочки. Поскольку твердая корочка состоит из жидко-твердой фазы и полностью твердого каркаса (рис.19.3), его механика достаточно сложна.

Рис.19.3. Схема микроструктуры оболочки твердого каркаса с дендритными зернами

В поперечном направлении жидко твердый каркас практически не имеет прочности. Причину данного явления следует искать в присутствии в междендритном и межзеренном пространстве жидких пленок с нулевым сопротивлением сдвигу. Можно условно считать, что твердая оболочка состоит из пяти зон, отличающихся своей морфологией и механическими характеристиками:

-зона свободного вытекания жидкости из междендритного пространства;

-зона ограниченного вытекания («невытекания») жидкости из междендритного пространства и образования участков жидкой пленки (отмечен красным);

- участок жидких вкраплений в твердых зернах (отмечен синим) и пленок по границам зерен;

-участок жидких вкраплений капель в твердых зернах и на их границах;

-полностью затвердевший участок твердого каркаса.

При этом определенную прочность имеет только участок с твердой фазой. Основные виды поверхностных трещин приведены на рис.19.4-19.8.

Рис.19.4. Продольная угловая трещина на слябе

Рис.19.5.Продольная трещина посередине широкой грани сляба

Рис.19.6. Угловые поперечные трещины (сляб)

Рис.19.7. Поперечные трещины по широкой грани сляба

Рис.19.8. Наплыв металла вследствие поперечной трещины в кристаллизаторе

Появление газовых пор на поверхности заготовки (небольшие углубления сферической формы) обычно обусловлено повышенной влажностью ШОС или повышенным расходом или влажностью масла, подаваемого при разливке открытой струей (рис.19.9).

Рис.19.9. Поры и газовые пузырьки в поверхностном слое

Паукообразные (звездообразные) трещины (рис.19.10) характерны, прежде всего, для перитектического класса сталей (содержание углерода 0,12-0,18%). Они представляют собой тонкие трещины длиной несколько миллиметров в виде расходщимися лучами «звезд» и т.п.

Рис.19.10. Паукообразные трещины

Они образуются под поверхностью непрерывнолитой заготовки, что затрудняет их визуальное обнаружение непосредственно после охлаждения.

Однако при последующей прокатке они раскатываются в трещины или разрывы, что приводит к дефектам металлопродукции. На практике для сталей, подверженных появлению паукообразных трещин, осуществляется дополнительный контроль заготовок посредством механической зачистки поверхности (например, «змейкой»), глубиной 1-2 мм.

Поскольку формирование паукообразных трещин происходит в кристаллизаторе, то наиболее эффективным средством их подавления является применение ШОС, которые несколько снижают отвод тепла от твердой корочки.

Общая характеристика внутренних дефектов непрерывнолитой заготовки обобщена в табл.19.2. Фактически эта группа дефектов находится в прямой взаимосвязи с процессами затвердевания заготовки, которые были рассмотрены нами ранее. При этом проявление этих дефектов, как правило, связано с отклонением качества стали или процессов литья от номинальных.

Таблица 19.1. Общая характеристика дефектов формы и поверхности непрерывнолитой заготовки

Таблица 19.2. Общая характеристика дефектов макроструктуры непрерывнолитой заготовки

Серный отпечаток продольного сечения сортовой заготовки с ликвационными дефектами (на верхней грани – ужимина, связанная с усадкой)

Контрольные вопросы

Что принято считать дефектом непрерывнолитой заготовки?