Слитки и разливка стали

Химическая неоднородность слитков спокойной стали

Ликвация, или сегрегация,—это неоднородность химического состава в различных зонах стального слитка (зональная ликвация, или сегрегация) или в объемах отдельных дендритов (дендритная ликвация, или сегрегация).

Ликвация возникает с первых моментов кристаллизации слитка, поскольку в первую очередь выпадают кристаллы, обед­ненные примесями. В процессе отвердевания металла расплав обогащается примесями. Так как начало кристаллизации опре­деляется линией ликвидус, соответственно диаграмме состояния, а конец — линией солидус, то естественно, чем больше расхо­дятся эти линии, тем больше разница в составе сплава, отвердев­шего в начале и в конце процесса кристаллизации.

Степень ликвации, или химической неоднородности, оцени­вается соотношением

(%х — %хж) 100 / %хж

где %х — концентрация элемента в данной точке стального слитка;

ж — концентрация того же элемента в исходной стали по пробе из ковша.

Если концентрация элемента в данной точке больше его кон­центрации в исходной стали, то ликвация положительная. Если соотношение обратное — ликвация отрицательная. В больших слитках обнаруживаются две зоны положительной ликвации — осевая и внеосевая и зона отрицательной ликвации.

Внеосевая, или А-образная, ликвация отчетливо выявляется на макроснимках протравленных продольных разрезов слитков темными полосами, в виде усов, сближающихся у прибыльной части. В поперечных разрезах усы выявляются замкнутыми по­лосами, параллельными кроме слитка (ликвационный квадрат). Образование усов связано с перемещением жидкой фазы, обогащенной примесями, под действием кристаллизации, когда твер­деющий металл вытесняет загрязненный раствор кверху, а также тепловых и концентрационных потоков и отчасти выделения газов.

V-образная ликвация связана с перемещением более чистого и тяжелого металла из прибыльной части при компенсации усадки внутреннего объема. При этом перемещении более чистый металл как бы раздвигает загрязненный металл и увлекает его за собой.

Отрицательная ликвация располагается в зоне конуса осажде­ния, у основания слитка и на некоторой высоте над этой зоной. Конус осаждения образуется падающими на дно кристаллами, формирующимися из металлического раствора, под влиянием ох­лаждающего воздействия поддона.

Табл. 32 показывает изменение концентраций в наибольшей степени ликвирующих элементов — углерода, фосфора и серы — по сечению слитков разных размеров; очевидно, с увеличением слитка увеличивается ликвация.Ликвация в слитках разной массы % к среднему содержанию примесей в слитке

Дендритная ликвация представляет неоднородность металла в объемё металла-кристалла, при исследовании под микроскопом выявляется как полосчатая структура. Эта неоднородность уменьшается или устраняется при длительном нагреве заготовки.