Строение стальных слитков спокойной и кипящей стали. Дефекты слитков

Строение слитка зависит то t разливки стали, в линейной скорости разливки, скорости подъема, хим. состава стали.

Слиток имеет неоднородное строение из-за большого количества зерен разных размеров и форм.

В зависимости от степени раскисления выплавляют стали:

а) спокойные,

б) кипящие,

в) полуспокойные.

Спокойная сталь получается при полном раскислении в печи и ковше. Спокойную сталь раскисляют сначала ферромарганцем, потом ферросилицием и заканчивают раскисление обычно алюминием при выпуске стали из печи. Этим достигается высокая степень раскисления, вследствие чего в течение процесса кристаллизации слитка спокойной стали не происходит бурного выделения газов.

Кипящая сталь раскислена в печи неполностью. Ее раскисление продолжается в изложнице при затвердевании слитка, благодаря взаимодействию оксида железа и углерода:

Образующийся оксид углерода выделяется из стали, способствуя удалению из стали азота и водорода, газы выделяются в виде пузырьков, вызывая её кипение. Кипящая сталь не содержит неметаллических включений, поэтому обладает хорошей пластичностью.

Легирование стали осуществляется введением ферросплавов или чистых металлов в необходимом количестве в расплав. Легирующие элементы, у которых сродство к кислороду меньше, чем у железа (), при плавке и разливке не окисляются, поэтому их вводят в любое время плавки. Легирующие элементы, у которых сродство к кислороду больше, чем у железа (), вводят в металл после раскисления или одновременно с ним в конце плавки, а иногда в ковш.

Дефекты и брак поковок могут быть следствием дефектов исходного металла, нагрева и дефектов, возникающих при ковке и штамповке из-за нарушения технологии и износа штампов.

Дефекты слитка. Сталь после выплавки в мартеновской печи отливается в специальные металлические формы — изложницы и в них застывает. Полученные таким образом слитки идут на дальнейшую обработку — прокатку и ковку. Вследствие того, что условия застывания металла в разных частях слитка различные, его состав и свойства получаются неодинаковыми. В первую очередь застывает металл, который соприкасается с холодными стенками изложницы, и затем застывание идет в направлении к центральной и верхней частям слитка. Строение металла поверхностных слоев слитка будет плотное, мелкозернистое, в центральной части кристаллы будут крупными. Сталь имеет различные составляющие, которые застывают при разной температуре. Поэтому наибольшее количество легкоплавких составляющих, содержащих серу, фосфор, углерод и неметаллические частицы, будет находиться в центральной и верхней частях слитка.

Неравномерное распределение отдельных элементов по объему слитка называется ликвацией. Впервые исследовал этот вопрос и дал объяснение ликвационным зонам великий русский металлург Д. К. Чернов.

Объем одного и того же количества металла в жидком состоянии больше, чем в твердом. Поэтому при застывании слитка в изложнице внутренняя масса металла не может заполнить всего объема первоначально затвердевшей оболочки, и внутри слитка, в верхней его части, образуется пустота, называемая усадочной раковиной.

Верхняя часть слитка называется прибыльной. На рис. 87 дан разрез слитка.

Рис. 87. Схема строения стального слитка:

1 — серединные кристаллы, имеющие различное направление; 2 — усадочная рыхлость и место наибольшего скопления неметаллических частиц; 3 — усадочные пустоты; 4 — мосты перемычки; 5 — усадочная раковина; 6 — кристаллы, имеющие вид мелких зерен; 7 — мелкие кристаллы, расположенные перпендикулярно к стенкам изложницы; 8 — крупные кристаллы, расположенные перпендикулярно к стенкам изложницы; 9 — крупные кристаллы, расположенные наклонно; 10 — кристаллы, имеющие вид крупных зерен

При разливке сильной струей сталь разбрызгивается, брызги попадают на холодные стенки изложницы и застывают. При прокатке или ковке застывшие брызги образуют плены, представляющие собой слои металла отделяющиеся от основной массы и не сваривающиеся с ней из-за пленки окислов.

От резкого охлаждения поверхности слитка и от подвисания слитка на поверхностях и выбоинах изложницы образуются продольные и поперечные трещины. Наличие в металле при заливке газов и неправильный режим заливки приводят к образованию в слитке подкорковых пузырей.

При отливке в металл могут попасть неметаллические включения, которые при дальнейшей обработке приводят к трещинам и волосовинам.