Металлопрокат
Металлоконструкции
Обработка металла
В зависимости от вида разливки у нелегированной стали следует различать качество стали:
- кипящая;
- полуспокойная;
- спокойная;
- особо спокойная.
Так называемое "успокоение" стали и степень этого успокоения зависят от того, как широко и как сильно связывается благодаря предшествующим процессам, в частности благодаря продувке расплава, оставшееся высокое содержание кислорода. Степень успокоения стали зависит, таким образом, от степени раскисления. Сначала кислород после рафинирования (получение стали путем окислительной плавки) путем добавления марганца окисляется и переводится в шлак в виде MnO. Сера также окисляется марганцем как MnS.
Железо и сера образуют соединения FeS2, Fe2S и FeS, которые в железе почти нерастворимы. FeS образует легкоплавкую эвтектику при 985 °C. Так как температура горячей деформации стали находится в области выше этой температуры, то при высоком содержании серы возникает опасность так называемой красноломкости. Эта опасность при наличии FeO еще усиливается, так как в тройной системе Fe-S-O при 940 °C имеется эвтектика.
Благодаря сильному восстановительному действию углерода на него реагирует также кислород, находящийся в соединении с марганцем, образуя газообразный CO2. Такая сталь после разливки из-за образования газовых пузырей CO2 продолжает кипеть, "бурлить" в изложнице. При этом расплав сильно перемешивается. Слиток, отлитый кипящим, показывает поэтому в продольном разрезе очень чистый "слой жира" с расположенным под ним венцом пузырьков и зону ликвации в середине поперечного сечения (рис. 11.5.7, а).
После обработки прокаткой профили из таких слитков характеризуются очень чистой поверхностью и зоной ликвации, проходящей посередине лоперечного сечения (рис. 11.5.8). Такие материалы пригодны для обработки поверхности, например для эмалирования или также для гальванической обработки, однако часто при дальнейшей обработке, например при сварке, из-за зоны, ликвации создают трудности. Heycпокоенно отлитые сорта применяются только при нелегированных сталях.
При добавлении элементов, сильно связывающих кислород, например Si или Al, кипение прекращается. Благодаря этому происходит спокойное затвердевание. Затвердевшие таким образом слитки имеют в верхней части более или менее четко выраженную усадочную раковину с зоной ликвации, образовавшейся благодаря накоплению примесей (см. рис. 11.5.7).
В зависимости от требований к качеству перед дальнейшей обработкой необходимо соответственно отделять большую верхнюю часть. Спокойные стали безупречно свариваются, устойчивы против старения и хорошо деформируются при предусмотренном при этом качестве. Благодаря отделению верхней области у спокойно отлитого слитка "отход" на "потерянный" верх меньше, чем у кипящей стали.
У полуспокойных сталей "отход" возможен на том же уровне, как и у кипящей стали, однако полуспокойная сталь имеет четко меньшие зоны ликвации в середине поперечного сечения в слитке по сравнению с кипящей. Зона ликвации и небольшая склонность к старению полуспокойных сталей могут достигнуть тех же величин, как и у спокойных сталей. Низкотемпературная вязкость полуспокойных сталей отличается незначительно.
Остаточное содержание кислорода и характерная форма затвердевания при разливке стали в изложницы видны на рис. 11.5.7, а. На примере фосфора из рис. 11.5.7, б видно накопление примесей в отделяемой верхней прибыльной части спокойного слитка. Примеси накапливаются у кипящего слитка в середине поперечного сечения (см. рис. 11.5.7, б).
Особые условия имеются при непрерывном литье (рис. 11.5.9). При этом способе расплав стали помещается через промежуточный резервуар при отсутствии подачи воздуха в водоохлаждаемый медный кристаллизатор, который определяет поперечное сечение профиля. Изложница подвергается вибрации, чтобы избежать сцепления затвердевающей наружной зоны слитка в профиле. Извлечение профиля тянущим валком при постоянном охлаждении должно проходить так, чтобы избежать прорыва профиля. Преодолеть эту проблему удается с помощью управляющей процессорной техники, регулирующей температуру стали, скорости разливки и охлаждения поверхности профиля.
Поперечные сечения профильных отливок значительно меньше, чем поперечные сечения слитка. Высокие скорости охлаждения, назначенные при непрерывной разливке, ведут к сравнительно гомогенной, бедной ликвациями структуре. Особенно пригодны для непрерывного литья спокойные стали, выход которых значительно повышается из-за того, что на каждый профиль приходится только одна верхняя (прибыльная) часть и одна конечная часть. Непрерывная разливка кипящих сталей всегда связана с трудностями из-за образования газовых пузырей.