Металлоизделия в Луганске и области

Металлокострукции, входные двери, заборы, оградки,
решетки, лестницы, ковка, модули,
вальеры, декоративная мебель

Направленность кристаллизации стали

 

 He меньшее влияние, чем скорость охлаждения, оказывает на качество слитка направление охлаждения и связанное с этим направление кристаллизации (осевое, радиальное).

При разливке в вертикальные массивные изложницы для получения направленной осевой кристаллизации соответствующим образом распределяют массы изложницы по высоте, применяют утепленные надставки, уменьшают скорости разливки при одновременном повышении температуры заливаемого металла.

Однако указанные способы получения направленной осевой, кристаллизации в вертикальной изложнице применительно к стальным слиткам не дают должного эффекта и в лучшем случае помогают уменьшению осевой рыхлости и раковины.

 

Даже способ непрерывной разливки в водоохлаждаемый кристаллизатор с непосредственным охлаждением выходящего слитка водой не обеспечивает для стали осевой кристаллизации слитка, хотя и улучшает структуру некоторых групп стали вследствие увеличения скорости кристаллизации. Это обусловлено физическими свойствами стали; малой тепло- и температуропроводностью, с одной стороны, высокой температурой плавления и высоким теплосодержанием стали, с другой стороны.

Приведенные выше соображения о скорости и направленности кристаллизации в процессе непрерывной разливки указывают на особую роль вторичного охлаждения выходящего из кристаллизатора стального слитка. В случае непосредственного охлаждения слитков из цветных металлов тепло от слитка, вышедшего из кристаллизатора, должно отниматься с максимальной скоростью, чтобы довести его температуру почти до комнатной; с этой целью слиток либо погружают в воду, либо обрызгивают струями воды, либо охлаждают водой в мелкораспыленном состоянии. Такая скорость охлаждения, обеспечивая осевую кристаллизацию и измельчение первичного зерна, в то же время не должна превышать предела, при котором начинается образование трещин. Таким образом, важным фактором в процессе непрерывной разливки цветных металлов является способность слитка выдерживать резкое охлаждение водой и достаточно большая возможность выбора метода водяного охлаждения. При непрерывной разливке стали возможность выбора различной интенсивности вторичного охлаждения, видимо, довольно ограничена.

Рассмотрим влияние интенсивности охлаждения на структуру и свойства стали, а также на образование трещин.

Установлено, что повышение интенсивности охлаждения способствует измельчению зерна первичной кристаллизации и структурных составляющих в стали любого класса или группы.

В однофазных сталях при всех температурах ниже линии солидуса измельчение зерна не оказывает большого влияния на механические свойства (пластичность, прочность). При отсутствии пороков и высоких внутренних напряжений литая однофазная сталь должна иметь механические свойства, близкие к деформированной стали, вне зависимости от скорости кристаллизации слитка.

Литые доэвтектоидные, эвтектоидные и заэвтектоидные стали перлитного и мартенситного класса при большой скорости кристаллизации (с последующим высоким отпуском при температуре около точки Л должны иметь более высокие свойства, чем при малой скорости кристаллизации (медленное охлаждение) благодаря более равномерному распределению структурных составляющих. Однако последующая термическая обработка с нагревом до температур выше линии предельной растворимости в значительной мере выравнивает механические свойства в обоих случаях. Для сталей, склонных к карбидной ликвации, карбидной сетке,

и,  особенно, для ледебуритных марок стали, повышенная скорость кристаллизации (увеличенная интенсивность охлаждения при формировании слитка из жидкого состояния) способствует равномерному распределению карбидов и улучшению свойств как в литом, так и в деформированном состоянии (по данным Крайнера и Тармана).

По влиянию интенсивности охлаждения на образование горячих и холодных трещин можно классифицировать различные виды сталей в следующем порядке.

Аустенитные, ферритные, аустенито-ферритные и феррито-аусте- нитные марки стали относительно мало чувствительны к образованию как горячих, так и холодных трещин. Примером могут служить нержавеющая сталь типа 18-8, сталь 25-20, фуродит и трансформаторная сталь (ферритный класс). Видимо, важное значение имеет отливаемый профиль, так как в слитках круглого и квадратного сечения нержавеющей стали типа 18-8 наблюдаются в центре паукообразные горячие трещины, расположенные по границам относительно крупных зерен. Малая склонность аустенитных и ферритных марок стали к образованию горячих трещин, возможно, обусловлена более высокой пластичностью их и более высокой прочностью границ зерна при температурах, близких к точке плавления.

Стали перлитного класса (углеродистые и легированные), перлито-мартенситного и мартенситного классов более склонны при интенсивном охлаждении к образованию как горячих, так и холодных трещин.

Углеродистые стали с содержанием углерода 0,15—0,30% особенно легко дают горячие трещины. При более низком, чем

  1. 15%, и более высоком, чем 0,30 %, содержании углерода чувствительность к горячим трещинам несколько уменьшается. Чувствительность к образованию холодных трещин (образующихся при температуре ниже Ari) возрастает с повышением содержания углерода и легирующих элементов. Хотя экспериментальных данных о влиянии легирующих элементов на склонность стали к образованию трещин еще недостаточно, но можно предположить, что с повышением содержания в стали (в рамках рассматриваемого класса) легирующих элементов Cr, Ni, Mo и др. склонность к горячим трещинам, видимо, увеличивается.

 

Уменьшение вредного влияния газового зазора и практическое осуществление стационарного теплового процесса кристаллизации будут рассмотрены ниже.

 

Рассматривая приведенные на рис. 1 схемы процессов непрерывной разливки металлов и изучая опыт промышленного внедрения их, можно установить, что для цветных металлов и сплавов нашли широкое применение в основном процессы полунепрерывной и непрерывной разливки в вертикальный водоохлаждаемый кристаллизатор с последующим охлаждением выходящего слитка. Особенностью этого процесса является возможность резкого увеличения скорости охлаждения и связанного с этим улучшения качества слитка, чему в значительной степени способствуют физические и литейные свойства цветных металлов и сплавов. Вертикальное расположение изложницы-кристаллизатора обеспечивает нормальные условия разливки металла и формирования структуры получаемого слитка. Отливаемые слитки обычно имеют простые профили —круг, квадрат и прямоугольник различных размеров и соотношений сторон.

В зависимости от физических свойств металлов и сплавов (алюминий, латунь, медь) изменяется способ непрерывной разливки: вместо коротких кристаллизаторов применяются длинные и вместо непосредственного резкого охлаждения водой выходящего слитка — различные варианты охлаждения и даже «сухая» разливка (см. рис. 47).

На опытных установках непрерывной разливки стали в Австрии, Германии, Франции, Англии и США проводят исследование и освоение процесса разливки круглых, квадратных, овальных и плоских профилей в вертикальный водоохлаждаемый (неподвижный и подвижный) кристаллизатор. Таким образом, схема процесса с вертикальным кристаллизатором нашла применение и при разработке процесса непрерывной разливки стали.

 

Основной металлургической проблемой непрерывной разливки стали является влияние скорости и способа охлаждения на свойства и качество получаемого слитка. В этом вопросе пока нет единого взгляда. Если почти все исследователи соглашаются с необходимостью максимально возможного охлаждения слитка в кристаллизаторе, то вопрос о последующем охлаждении выходящего из кристаллизатора слитка является спорным.

Юнганс, проводивший вначале опыты без охлаждения выходящего слитка («сухая» разливка), впоследствии пришел к необходимости вторичного охлаждения. Росси, исходя из опыта отливки цветных металлов, применял вторичное охлаждение слитка стали и впоследствии разработал для промышленной установки на заводе Атлас Стил K0 эффективный метод регулируемого вторичного охлаждения по высоте слитка. На установке завода Бабкок—Вилкокс, построенной по патентам Вильямса, раньше

 

не применяли вторичного охлаждения; в одном из последних патентов этой фирмы предусматривается однокольцевое охлаждение выходящего слитка.

Основными факторами, которые должны быть приняты во внимание при выборе способа охлаждения, являются температурный интервал кристаллизации, марка стали или сплава, величина усадки в жидком и твердом состоянии, красноломкость. Эти факторы, а также размер и профиль слитков необходимо учитывать во избежание появления напряжений, могущих повести к образованию трещин внутри и на поверхности слитка.

Наиболее легко поддаются отливке с непосредственным охлаждением однофазные сплавы (аустенитного класса) и сплавы с узким интервалом кристаллизации.

Величину напряжений можно уменьшить путем увеличения длины кристаллизатора. Ho при этом уменьшаются металлургические преимущества процесса непрерывной разливки, так как вследствие медленного охлаждения макро- и микроструктура слитков стали становится подобна структуре слитков, отлитых в обычные изложницы. Физические свойства стали (температура плавления, тепло- и температуропроводность) указывают на не  обходимость увеличения длины кристаллизатора. Таким образом  непрерывная отливка стали, в основном, должна производиться в длинный кристаллизатор.

Исходя из изложенного, можно, в зависимости от отливаемой марки стали или сплава, представить следующие варианты процесса непрерывной разливки стали в длинный кристаллизатор (рис. 149).

Для воздушнозакаливаемых и высокоуглеродистых марок стали, видимо, следует применять «сухую» разливку без вторичного охлаждения или охлаждение воздухом (с малой скоростью вытягивания, 0,5—0,8 м/мин, в зависимости от размера профиля). Для мало- и среднеуглеродистых марок стали следует применять вариант процесса с водяным секционным охлаждением выходящего слитка (рис. 149,в) и последующим сбросом воды (скорость разливки 0,7—1,2 л/мин).

 

Для аустенитных марок стали возможен первый вариант процесса с интенсивным охлаждением водой выходящего слитка (рис. 149, а), для остальных марок стали —регулируемое охлаждение выходящего слитка (рис. 149, б).

Опыт показывает, что некоторые марки легированной стали нельзя подвергать вторичному охлаждению, а некоторые из них даже требуют замедленного охлаждения. Это вынуждает иметь либо камеры замедленного охлаждения в самой машине непрерывной разливки, либо специальные обогреваемые колодцы, куда и помещать отлитые слитки.

 

Приведенные ниже для процесса непрерывной разливки стали зависимости между размерами заготовки, температурой металла при разливке, временем полного затвердевания, глубиной жидкой фазы, высотой установки и скоростью разливки, указанные в работе Спейта и Бунгерота, являются спорными, хотя бы потому,

что они в значительной степени определяются конструкцией и размером кристаллизатора, о чем совершенно не говорится в работе этих авторов. Однако полученные ими результаты должны быть рассмотрены, хотя они и являются заниженными по сравнению с достигнутыми при исследовании этого вопроса в Советском Союзе, в ЦНИЙЧМ.

При разливке стали в обычную изложницу немедленно же начинается затвердевание и рост наружной корочки слитка, которая вначале плотно прилегает к стенке изложницы, а затем под влиянием усадки отходит от стенки, образуя зазор, являющийся главной причиной значительного уменьшения отдачи тепла стенкам изложницы. Недостаточно прочная корочка слитка, лишенная опоры, может разорваться вследствие растягивающих напряжений при вытягивании слитка и от статического давления жидкого металла внутри слитка. Описанный процесс затвердевания

 

слитка создает предпосылки для образования продольных трещин в зависимости от скорости разливки. При постоянной температуре и малой скорости разливки на поверхности слитка образуются плены, а при большой скорости разливки появляются трещины. Разливка слитка без трещин и с хорошей поверхностью возможна при оптимальной верхней предельной скорости (предел образования продольных трещин). Эта предельная скорость разливки зависит от следующих важнейших факторов: диаметра слитка, профиля слитка, марки стали и температуры разливки.

Спейт и Бунгерот установили следующие зависимости:

  1. Для данной марки стали при одинаковом профиле слитка и одинаковой температуре разливки продолжительность разливки одного метра прямо пропорциональна диаметру слитка, или, иначе говоря, продолжительность разливки одного метра пропорциональна отношению площади к периметру поперечного сечения слитка.
  2. При одинаковом профиле слитка и одинаковой температуре разливки продолжительность разливки одного метра зависит от марки стали.
  3. При различных профилях слитков из одной марки стали и одинаковой температуре разливки требуется различное время разливки.

Из изложенного выше К- Спейт и А. Бунгерот делают вывод, что закономерности, имеющие место при обычном способе разливки слитков в изложницы, в основном действительны и для способа непрерывной разливки стали в кристаллизаторы.

 

 

Форма заказа

Цветная металлургия

Горная проммышленность