» » Методы снижения микронеоднородности сталей и сплавов в процессе их разливки
30.01.2015

В настоящее время операция разливки стали является сложным физико-химическим процессом, при котором на расплавленный металл осуществляется разностороннее воздействие (магнитная, ультразвуковая обработка, рафинирование шлаками, продувка инертными газами, микролегирование и модифицирование). При этом формируются основные свойства готового металла. Все чаще стали отказываться от традиционной разливки жидкой стали по изложницам в сторону распыления металлического расплава в порошок и последующего его прессования. Это позволяет резко снизить степень микронеоднородности в металле. Широко распространены суспензионные методы разливки твердофазных добавок. При этом получают так называемые композиционные материалы.
Температурные режимы плавки и разливки сталей и сплавов оказывают исключительно важное влияние на развитие микронеоднородности в готовом металле.
Наиболее важным отличием разливки с введением инокуляторов является реализация внутреннего теплоотвода с помощью введенных в расплав теплостоков—инокуляторов или интенсификация теплопереноса в жидкой фазе наложением внешних воздействий. Эндогенную суспензионную разливку осуществляют введением в жидкий металл при разливке 1-5 % порошкообразных добавок (инокуляторов). В качестве порошкообразных инокуляторов применяют железный порошок, стальную и чугунную дробь, гранулы различных металлов и ферросплавов. В качестве макроинокуляторов могут быть использованы шары, стержни, полосы, листы, высечка и стружка.
Эндогенная суспензионная разливка осуществляется инициированием посредством различных технологических приемов образования в расплаве дополнительных эндогенных центров кристаллизации.
Важным преимуществом эндогенной суспензии является возможность реализации ряда эффективных технологических процессов; позднего легирования, модифицирования и раскисления; эффективного легирования сильно ликвирующими элементами (свинцом, сурьмой, алюминием).
Максимальный эффект от применения микрохолодильников достигается в том случае, когда момент окончательного расплавления микро-холодильников совпадает с началом кристаллизации слитка или отливки. Естественно, что эффективность,суспензионной разливки сталей и сплавов в значительной степени зависит от способа ввода металлических порошков в жидкий металл. Опыты показали, 'что частицы вводимых металлических порошков должны быть равномерно распределены по объему отливаемого слитка, что в свою очередь обеспечивает равномерное снижение температуры металла и равномерное распределение центров кристаллизации. Количество вводимой добавки металлического порошка должно обеспечивать снятие частичного или полного тепла перегрева заливаемого металла. При полном снятии тепла перегрева образуется устойчивая суспензия во всем объеме слитка, создавая условия для объемной кристаллизации стали, что способствует измельчению кристаллов в 2-7 раз и устранению образования зоны столбчатых кристаллов. Происходящее при этом измельчение зерна, снижение химической микронеоднородности, глобуляризация неметаллических включений способствуют повышению пластических свойств металла в литом и деформированном состояниях на 25-35 %.
М.А. Старосельский и авторы данной книги экспериментально показали, что в качестве эндогенной суспензии могут быть использованы частицы нитридов титана и циркония, образующиеся непосредственно в объеме жидкой стали.
ИЛ. Бродецкий и Е.С. Мархасин исследовали характер разрушения ряда марок сталей и показали, что снижение хладостойкости в существенной мере связано с химической микронеоднородностью адсорбционного происхождения, обнаруженной на поверхности межзеренных изломов. На поверхности разрушения сталей 20ГТЛ, 17Г2АФ, 0912ФБ, 40ХС2МФА наблюдались колонии пленочных пластинчатых остроугольников выделений размером от 0,2 до 10 мкм, основу которых составлял титан. Это наблюдалось и для тех марок сталей, в которых титан не значился в марочном составе и содержание его колебалось в пределах 0,002-0,006 %. В сталях с карбонитридным упрочнением в пленочных выделениях наряду с титаном присутствовали ванадий и ниобий. Микролегирование этих сталей кальцием при его остаточном содержании 0,01-0,02 % сопровождалось повышением ударной вязкости в 2,0-2,5 раза в поперечном и продольном направлениях.
Межкристаллитные пленочные выделения, как правило, препятствуют передаче пластической деформации через границу кристаллитов, а накопление упругой энергии в этой области способствует зарождению микротрещин критического размера, являющихся инициаторами межкристаллитного хрупкого разрушения. Кальций, обладающий высокой адсорбционной активностью), наряду с созданием условий для образования сферической формы оксисульфидов кальция и марганца конкурирует с карбидообразующими элементами и препятствует образованию гетерофазных выделений в межкристаллитных зонах, что затрудняет зарождение микротрещин и, как следствие, приводит к повышению ударной вязкости.