Metallurgy.zp.ua
Главная » Слитки и разливка стали » Химическая неоднородность в слитке

Химическая неоднородность в слитке

Химическая неоднородность в слитке обычно опреде­ляется терминами-синонимами: ликвация и сегрегация (Лат. liquatio — плавление, разжижение; segregare — отделять). Впервые на химическую неоднородность стальных слит­ков обратили внимание А. С. Лавров и Н. В. Калакуцкий в 60-х годах XIX в.

Сталь является многокомпонентной жидкостью. За­твердевание подобной жидкости происходит в некотором температурном интервале. При этом первые образую­щиеся кристаллы содержат, как правило, меньше при­месей, чем последние.

Наибольшую склонность к ликвации из обычных при­месей имеют сера, кислород, углерод и в меньшей сте­пени марганец и кремний. На распределение примесей между жидкой и твердой фазами при затвердевании ре­альных слитков влияют конвективное движение метал­ла, поверхностные свойства примесей, взаимное влияние примесей на распределение и т. д. Так, в присутствии никеля и хрома ликвация примесей значительно снижа­ется. Однако количественно оценить взаимное влияние примесей на развитие химической неоднородности в стальном слитке пока невозможно.

Дендритная ликвация в 6-т слитке стали 15 (сернистый отпечаток, 1 : 1)

В стальном слитке различают дендритную химиче­скую неоднородность (микросегрегацию) и зональную химическую неоднородность (макросегрегацию). Качест­венно дендритная сегрегация серы и фосфора может быть хорошо выявлена по сернистым отпечаткам с отшлифованного темплета слитка (рис. 86). Участки с повышенным содержанием примесей на рис. 86 более темные. Количественно химическая неоднородность характеризуется отношением

формула

где N и Nср — соответственно содержание элемента в данной точке и среднее ее содержание в слитке или в ковшовой пробе.

Зональная неоднородность в слитке спокойной сталиВ теле слитка спокойной стали обычно имеются две зоны положительной сегрегации и одна зона отрицательной сегрегации (рис. 87). Зона отрицательной сегрегации совпадает с конусом осаждения. Зона положительной
сегрегации представляет собой V-образную осевую и Λ-образную внеосевую ликвацию («усы»).

Последняя зона располагается между зоной столбчатых кристаллов и центральной зоной равноосных кристаллов. В прибыльной части под усадочной раковиной, где сосредоточиваются последние порции загрязненного металла, обнаруживается максимальное содержание примесей.

Образование усов чаще всего связывают с выделением газов в виде микроскопических пузырьков в процессе затвердевания слитка.

При этом ус рассматривается как след, оставленный примесями, оторвавшимися от пузырька во время прохождения его в жидком объеме металла. В связи с малыми размерами пузырьков скорость их подъема также мала, и они отклоняются продвигающимся фронтом кристаллов к центру, что обеспечивает наклон каждого уса.

Большинство металлургов связывает образование осевой V-образной неоднородности с усадкой металла. С. С. Штейнберг полагал, что образование рыхлости и скопление примесей в осевой зоне является продолжени­ем усадочной раковины. В. М. Тагеев высказал предпо­ложение, что скопление примесей в рассматриваемой зо­не связано с местным перераспределением их при уса­дочных перемещениях жидкого металла в условиях затрудненного питания более нагретым металлом.

Зона отрицательной сегрегации связана с образовани­ем конуса осаждения, когда вниз сползают кристаллы, образующиеся после прекращения роста столбчатых дендритов в конце кристаллизации. Медленный рост этих кристаллов в условиях развития конвективных потоков обеспечивает низкое содержание в них ликвирующих примесей. Данные, полученные в производственных усло­виях и в результате исследований, определяют способы уменьшения химической неоднородности стального слит­ка. Факторы, обеспечивающие более длительное пребыва­ние металла в изложнице в жидком состоянии, будут спо­собствовать развитию зональной неоднородности слитка. Такими факторами являются увеличение массы слитка, повышение температуры и ускорение разливки стали.

Развитие осевой V-образной сегрегации можно умень­шить увеличением конусности и поперечного сечения слитка, поскольку подпитывание затвердевающего метал­ла улучшается. Для уменьшения Λ-образной внеосевой сегрегации желательно, чтобы поперечное сечение слитка было меньше, а конструкция изложницы обеспечивала достаточно быструю последовательную кристаллизацию от низа до верха слитка.

Введение в изложницы искусственных центров крис­таллизации интенсифицирует затвердевание слитка и уменьшает развитие химической неоднородности.