книги из ГПНТБ / Непрерывная разливка стали на радиальных установках

можно образование флокенов и микротрещин в металле непрерывной разливки. В слитках, - кристаллизующихся в условиях, весьма близких- к условиям затвердевания слитков непрерывной разливки, ликвация водорода прак­ тически отсутствует. В. И. Явойский предполагает, что малые сечения и сравнительно непродолжительное время затвердевания слитков непрерывной разливки должны обеспечивать слабые проявления ликвации азота и, сле­ довательно, более равномерное его распределение.

В ряде случаев на серных отпечатках с темплетов вертикальных непрерывных слитков квадратного сечения наблюдали неоднородность в виде темных точек [5], в зоне которых обнаружены группы сернистых включений. Скопление ликватов вокруг мельчайших газовых пузы­ рей объясняют осаждением включений на поверхности раздела жидкости и газа, засасыванием ликватов в по­ лость газового пузыря. Среднее содержание азота в слит­ ках углеродистой стали Ст.З и Ст.5 составляет, по дан­ ным [5], 0,004—0,005%, а в слитках из инструментальной стали 0,0075%.

Содержание азота в поверхностной зоне мелких кри­ сталлов — минимальное, при переходе в дендритную зону оно повышается и уменьшается в зоне крупных равноос­ ных зерен. На серных отпечатках с поперечных темпле­ тов слитков сечением 200X800 и 200X1000 мм из угле­ родистой стали Ст.З, раскисленной силикокальцием и 300 г/т алюминия в ковше, обнаружена мелкая пори­ стость в поверхностных слоях [64], которую назвали то­ чечной ликвацией. Участки металла вблизи пор оказа­ лись обогащенными неметаллическими включениями, со­ стоящими в основном из сульфидов, а также силикатов. Возникновение газовых пор авторы связывают с режи­ мом раскисления. Авторы разработали шкалу баллов для оценки пораженности точечной ликвацией слябов, от­ ливаемых на вертикальных установках.

Т. Ота [37, с. 182], исследовав содержание водорода в слябах шириной 1000—1200 мм и квадратных заготов­ ках сечением 155X155 и 250X250 мм, отлитых на верти­ кальной установке завода«Хикари» (Япония),установил, что содержание водорода в стали прямо пропорциональ­ но парциальному давлению водяного пара в воздухе. Т.

231

Ота выявил четкую зависимость между содержанием водорода в слитках из нержавеющей стали и количест­ вом подкорковых пузырей в литом слябе. Автор считает, что в нержавеющих хромоникелевых сталях содержание водорода должно быть менее 0,0008—0,0012%, а в хроми­ стых — ниже 0,0006%.

Целесообразность уменьшения содержания водорода в металле, особенно при производстве качественных ста­ лей, подчеркивается многими исследователями. Высказы­ валось мнение, что аустенитную нержавеющую сталь нельзя разливать непрерывным способом, если содержа­ ние водорода в металле превышает 0,0007%. При повы­ шенном содержании водорода в стали в непрерывном слитке появляются подкорковые пузыри, которые явля­ ются источником образования плен. Вредное влияние водорода сказывается и в других направлениях: так, на­ пример, хорошо известна связь неметаллических включе­ ний с повышенным содержанием водорода. Д. Холл и Т. Макхью [37, с. 195] установили, что применение синтети­ ческого защитного шлака в кристаллизаторе вместо мас­ ла и пропана в процессе непрерывной разливки позволя­ ет снизить содержание водорода в металле. Авторы счи­ тают, что при содержании водорода на выпуске менее 4,5 см3/ 100 г плены отсутствуют.

Дж. М. Кей и др. [37, с. 306] в условиях непрерывной разливки трубной стали в слитки сечением 150X150 мм на вертикальной установке обнаружили рассеянную га­ зовую пористость в зоне столбчатых дендритов. По их мнению, выделение газов (окиси углерода, водорода и азота) при затвердевании непрерывных слитков является источником пористости, так как газ, выделившийся в ви­ де пузырьков, запутывается между растущими дендри­ тами.

Если рассматривать влияние одной только окиси уг­ лерода, то степень пористости по этой причине будет од­ нозначно определяться степенью раскисленное™ стали и развитием вторичного окисления жидкого металла. Авто­ ры установили, что при содержании кремния в стали не менее 0,2% пористость может быть устранена. Другим источником газовых пузырей, по мнению Дж. М. Кея, является водород.

Некоторые авторы приписывают образование газовой пористости разложению смазки в кристаллизаторе [173,

232

174]. В работе же [37, с. 306] тщательным исследовани­ ем установлено, что первостепенную роль играет кис­ лород. Полностью устранить газовые пузыри удалось при вводе алюминиевой проволоки в кристаллизатор по ходу разливки. При вводе в кристаллизатор 0,02% А1 при со­ держании в стали 0,25% С полностью подавляется обра­ зование пузырей, причем остаточного алюминия содер­ жится менее 0,01%. Авторы предполагают, что высокое содержание кислорода в жидкой стали одновременно с очень большой скоростью затвердевания и существенным падением растворимости кислорода при затвердевании приводят к зарождению пузырей и захвату их растущими дендритами. При введении сильного раскислителя, по-ви­ димому, подавляется этот процесс.

Установлено [175], что пораженность металла непре­ рывной разливки газовой пористостью связана с разви­ тием вторичных реакций, особенно интенсивно протека­ ющих при разливке низкоуглеродистой стали. Рекомен­ дуется строго регламентировать содержание закиси же­ леза в шлаке.

Показано [6], что в квадратных заготовках верти­ кальной непрерывной разливки содержание кислорода и водорода в периферийной и центральной зонах практиче­ ски одинаково. Содержание азота, минимальное в по­ верхностной зоне мелких равноосных кристаллов, повы­ шается при переходе в зону столбчатых кристаллов и уменьшается в осевой части слитка.

Исследованиями причин образования ситовидной пори­ стости в вертикальных непрерывных слитках экспери­ ментально доказано [240], что не имеется связи между типом, количеством, способом смазки кристаллизатора и газовой пористостью. Автор установил, что образование пор обусловлено растворенным в стали кислородом, а растворенный водород играет второстепенную роль. При добавках алюминия содержание кислорода уменьшилось до такой степени, что пористость в основном исчезла.

М. Ворд [177] исследовал газовую пористость в слит­ ках, отлитых в изложницу. Он установил, что газовые поры обычно имеют диаметр 1—2 мм, концентрируются в периферийной зоне слитка, хорошо видны на серных отпечатках в виде темных точек и хорошо выявляются травлением металла реактивом Обергоффера. Вокруг га­ зовых пор автор обнаружил сегрегацию сульфидных не­

233

металлических включений, а микрохимическим и элект­ ронным анализами нашел сегрегацию легирующих эле­ ментов и примесей.

При обработке давлением газовая пористость образу­ ет дефекты заметной длины. В результате довольно тща­ тельного исследования условий образования пор привели автора к гипотезе, согласно которой в стали, не содержа­ щей избытка раскислителя, возможно окисление углерода кислородом с образованием окиси углерода. На образо­ вавшихся газовых пузырьках возможна сегрегация не­ металлических включений и примесей. Для борьбы с газовой пористостью М. Ворд считает необходимым обес­ печить хорошее раскисление жидкой стали.

Если обобщить результаты выполненных работ о рас­ пределении газов в непрерывных Вертикальных слитках и о влиянии газов на возможные пороки слитка, то мож­ но следующим образом представить состояние этой проб­ лемы. В непрерывных слитках газы распределены более равномерно, чем в слитках обычной разливки, и это обес­ печивает меньшую опасность возникновения каких-либо пороков, обусловленных присутствием газов в стали. Од­ ним из возможных дефектов непрерывного слитка, свя­ занных с газами, является внеосевая пористость, кото­ рую называют рассеянной газовой пористостью, ситовид­ ной пористостью, подкорковой сегрегацией, точечной лик­ вацией, точечной пористостью и т. д.

Предполагаемые причины образования этого дефекта можно разделить на две группы: экзогенные и эндоген­ ные газы. Первая теория основывается на предположе­ нии, что мелкие поры возникают вследствие инжекции в затвердевающий слиток газов, образующихся при раз­ ложении смазки в кристаллизаторе. По эндогенной тео­ рии, число сторонников которой более многочисленно, по­ ры создают газы, растворенные в жидкой стали и выде­ ляющиеся из нее во время затвердевания. Возникнове­ ние мелких пор приписывается действию окиси углерода, выделяющейся вследствие реакции между кислородом и углеродом, а также действию водорода. Для подавляю­ щего большинства марок стали возникновение мелких пор связывается с развитием реакции окисления углеро­ да в процессе кристаллизации при недостатке сильных раскислителей и при вторичном окислении металла в процессе разливки.

234

Б большинстве случаев считают, что водород сам по себе не вызывает образования пористости, но способству­ ет ее увеличению. Мелкая газовая пористос.ть может соп­ ровождаться сегрегацией неметаллических включении и примесей.

При непрерывной разливке стали на установках ра­ диального типа также обнаруживается мелкая газовая пористость, в распределении которой по сечению слитка имеются специфические особенности. Точечная порис­ тость выявляется на отпечатках по Бауману. После хо­ лодного травления азотной кислотой поры не видны. По­ сле травления по Обергофферу видны все поры, зафик­ сированные на серном отпечатке.

При затвердевании непрерывного слитка в криволиней­ ном положении внеосевая точечная пористость распреде­ лена обычно так, как это показано на рис. 94. Поры обыч­ но имеют диаметр 0,2—0,4 мм (рис. 95).

Распределение пор по поперечному сечению в нап­ равлении продвижения фронта затвердевания изучали методом подсчета количества пор на серных отпечатках, для чего поперечное сечение слитка разбивали на поло­ ски шириной 10 мм, параллельные широким граням. Рас­ пределение пор по поперечному сечению слитков при подводе металла в кристаллизатор вертикальной струей показано на рис. 96.

Во-первых, четко видно, что с увеличением площади поперечного сечения непрерывного слитка абсолютное

Рис. 94. Распределение внеосевой газовой пористости по сечению радиального слитка 180X900 мм (сталь марки Ст. Зоп; серный от­ печаток; верх— сторона т, ни,з — сторона R)

235

Рис. 96. Газовая пора (Х200)

количество пор возрастает. Количество же пор на еди­ ницу площади поперечного сечения примерно одинаково для всех слитков. Отличительной особенностью распре­ деления точечной пористости в направлении фронта за­ твердевания является большее скопление ее по стороне г криволинейного слитка по сравнению со стороной R.

Это хорошо можно проиллюстрировать на примере слитка сечением 180X900 мм. С увеличением расстояния от поверхности по внутренней стороне точечная порис­ тость возрастает, достигает максимального значения в слое 30—40 мм и затем резко уменьшается. По стороне R точечная пористость убывает от поверхности в глубь слитка. Количество пор по противоположным криволи­ нейным сторонам в слоях слитка, близких к поверхности (до 16 мм), а также в более глубоких слоях, на расстоя­ нии 50 мм и более, почти одинаково. Указанная особен­ ность сохраняется для слитков всех исследованных сече­ ний. Важно то, что количество пор в одном и том же слое по всей ширине слитка одинаковое.

236

Количество по/о,шт.

Рис. 96. Распределение газовой пористости ів направлении продви­ жения фронта кристаллизации радиальных стальных слитков раз­ ных сечений (От. Зап):

/ — 180X900 мм; 2 — 150X600 мм; 3 — 75X500 мм; < — 145X130 мм

Исследования показали, что, при прочих равных ус­ ловиях, количество пор зависит от содержания углерода, кремния в металле, а также от количества алюминия, вводимого в ковш для раскисления. Как видно из данных, приведенных на рис. 97, с увеличением содержания угле­ рода от 0,15 до 0,24% количество пор на внутренней сто­ роне слитка уменьшается. При содержании углерода бо­ лее 0,18% количество пор не превышает 25 шт/100 см2. Как правило, при таком содержании углерода количест­ во пор становится одинаковым по противоположным кри­ волинейным сторонам слитка. Экспериментальные дан­ ные обнаруживают связь между точечной пористостью и содержанием кремния (рис. 98). При разливке плавок с низким содержанием кремния (0,16—0,18%) точечная

237

Рис. 97. Влияние содержания углерода в метал­ ле на внеосевую газовую пористость в непрерыв­ ных слитках (Ст. Зсп; сторона г; раскисление А1-225—325 г/т, SiCa - 3 ,5 кг/т):

1 — 180X900 мм; 2 — 150X600 мм; 3 — 75X500 мм; 4 — 145Х

Х130 мм

Рис. 98. Влияние содержания кремния в металле на внеосевую газовую пористость в непрерывном сдитке сечением 180X900 мм

(Ст. Зсп; 0,14—0,17% .С; раскисление AI—225—325 г/т, SiCa— 3,5 кг/т): “ ............. • ........... '••• . •

/ _ 0,16-0,18% S i; 2 - 0,25-0,27% SI; 3 - 0,28-0,30% Si

пористость получает интенсивное развитие. При увеличе­

ронам слитка.

При непрерывной разливке углеродистой стали для раскисления в ковше обычно применяют уменьшенные количества алюминия, так как это позволяет предотвра­ тить затягивание канала стакана в промежуточном ков­ ше. Известно, что для предупреждения затягивания ста­ кана верхний предел расхода алюминия для малоуглеро­ дистой стали обычно ограничивается 300—350 г/т. На рис. 99 показано влияние количества алюминия на точеч­ ную пористость. С увеличением расхода алюминия до 325 г/т количество пор существенно уменьшается, дости­ гая минимальных значений при вводе 770 г/т А1.

После анализа-влияния технологических факторов на точечную пористость провели разливку опытных плавок

Р а с с т о я н и е о т п о в е р х н о с т и , с л и т к а , м м

Рис. 99. Влияние расхода ■алюминия для раскисления на внеосевую газовую пористость (180X900 мм; Ст. Зсп.; 0,14—

0,17% С; 3,5 кг/т SiCa):

1 _ 160—200 г/т А I ; 2 — 225—250 г/т А 1; 3 — 275—325 г/т А 1: 4 — 776 г/т ß 1

239