» » Получение биметаллических слитков из стали и чугуна
18.12.2014

Макроструктура слитков, выплавленных под флюсом АНФ-6, после переплава электродов 1 и 3 на переменном токе, приведена на рис. 49. Для всех слитков она состоит из трех зон: чугунной, переходной и стальной. Распределение этих зон по высоте слитка и их ширина зависят от геометрии электрода. При переплаве электрода 1 наибольший объем занимает зона из чугуна, электрода 3, наоборот, — зона стали, а при переплаве электрода 2 все три зоны составляют приблизительно равные объемы. Макроструктура полученных зон слитков различна по строению. Зона стали имеет в основном крупнозернистую направленную радиально-осевую структуру транскристаллизации. Некоторая мелкозернистость донной части и периферии слитка вызвана влиянием «затравки» и быстрым охлаждением стенок кристаллизатора и поддона в процессе переплава. Зона чугуна состоит из небольших равноосных кристаллов при малом объеме чугуна (электрод 3) и из тонких радиально-осевых кристаллов при значительном объеме чугуна. Переходная зона характеризуется мелкокристаллическим строением.
Получение биметаллических слитков из стали и чугуна

Микроструктуру изучали по высоте слитков на продольных шлифах, вырезанных из центра и края темплетов. На рис. 50 приведена микроструктура центральной части слитка после электрошлакового переплава электрода 1. В зоне чугуна (рис. 50, а) структура состоит из перлита и ледебурита. Большое количество ледебуритной эвтектики связано с быстрым охлаждением слитков.
Получение биметаллических слитков из стали и чугуна

Структура переходной зоны переменна по высоте. Области, прилегающие к чугуну, состоят из перлита, ледебурита и зерен аустенита (рис. 50, б). По мере перехода к стали количество перлита уменьшается, а аустенита растет. В средней области переходной зоны образуется самое неблагоприятное сочетание структурных составляющих: аустенит и грубая сетка ледебурита (рис. 50, в). Здесь обнаружены микротрещины, проходящие по ледебуритной сетке. Их появление связано со значительными структурными напряжениями, образующимися на границе двух разнородных структур — хрупкого и твердого ледебурита, пластичного и мягкого аустенита. Co стороны стали структура переходной зоны представляет собой аустенит и карбидную сетку (рис. 50, г). С уменьшением содержания углерода эта сетка становится все тоньше и разрывается, давая возможность росту зерен аустенита и появлению в структуре мартенсита (рис. 50, д).
Зона стали 1Х18Н9Т состоит из ориентированных вдоль оси слитка зерен аустенита и отдельных равномерно распределенных карбидов (рис. 50, е). Донная часть слитка представляет собой аустенит с вытянутыми вверх дендритами карбидов, образование которых связано с местным науглероживанием. Распределение структурных составляющих по высоте на периферии слитка такое же, как и в центре. Край слитка отличает столбчатая радиально направленная и более мелкозернистая структура всех зон. Такая же структура биметалла получена после переплава электродов 2 и 3. Однако при переплаве электрода 2 наблюдается более плавный переход между зонами чугуна и стали и большая протяженность переходной зоны, в которой нет микротрещин.
Распределение твердости по высоте слитков в зависимости от соотношения диаметров переплавляемых электродов показано на рис. 51. Кривые 1—3 соответствуют изменению твердости в слитках 1—5. Твердость в зоне чугуна составляет HB 430—485 кгс/мм2. На границе чугуна с переходной зоной все три кривые имеют максимум твердости НB 500 кгс/мм2, соответствующий наибольшему количеству ледебуритной эвтектики в структуре. Далее твердость снижается в переходной зоне с небольшой приостановкой в районе появления в структуре игл мартенсита (кривые 1, 2). Минимум твердости соответствует аустенитной структуре нержавеющей стали. За величину переходной зоны принимали участок слитка, на котором перепад твердости постоянен и снижается от максимального значения HB 500 кгс/мм2 до условного значения HB 295 кгс/мм2, когда твердость снижается на 80% от максимальной. В этом случае наблюдается наибольшая переходная зона (60 мм) в слитке после переплава электрода 3 и промежуточная (35 мм) при переплаве электрода 1.
Получение биметаллических слитков из стали и чугуна

Результаты химического анализа (рис. 52) также подтвердили, что наиболее плавно углерод и хром распределяются при переплаве электрода 2. Максимумы твердости всех исследуемых слитков соответствуют участкам с наибольшим одновременным содержанием хрома и углерода.
Влияние переменного и постоянного тока обратной полярности на распределение легирующих элементов изучали на электроде 2 при переплаве под тремя составами шлаков: АНФ-6, АНФ-6 + 20 мас.% TiO2 и АНФ-6 + 10 мас.% Nb2O5. Эффект легирования оценивали по распределению твердости по высоте слитка. При проведении переплава на переменном токе твердость по высоте слитков в зависимости от состава не изменяется (рис. 53). И наоборот, на постоянном токе обратной полярности происходит резкое изменение в распределении твердости по высоте слитка в зависимости от легирующих добавок (рис. 53, б). При содержании в шлаке 20 мас.% TiO2 или 10 мас.% Nb2O5 твердость и величина переходной зоны значительно возрастают в связи с переходом Ti и Nb в металл и образованием в нем карбидов. Таким образом, в процессе переплава на постоянном токе обратной полярности возможно электрохимическое легирование металла из шлака.