Основные дефекты непрерывнолитых заготовок

Дефектом непрерывнолитой заготовки принято считать отклонение от предусмотренного техническими условиями качества заготовки или металлопродукции, которое частично или полностью нарушает совокупность технологических или эксплуатационных свойств изделия (сплошность, химический состав, структура и т.п.).

Отдельные дефекты непрерывнолитой заготовки могут быть идентифицированы уже непосредственно при их визуальном осмотре, а для определения остальных необходимо отбирать из заготовок специальные образцы. Порядок отбора проб и классификация дефектов регламентируются техническими условиями, которые могут изменяться в зависимости от сечения заготовки, ее назначения и т.п. Технические условия для непрерывнолитой заготовки, которая является полупродуктом, могут отличаться в различных странах и компаниях.

Между тем большое количество непрерывнолитых заготовок, которое получается в процессе разливки, практически исключает возможность тщательного осмотра всех заготовок в силу целого ряда технических трудностей. Поэтому в металлургической практике большое применение получили способы выборочного контроля непрерывнолитой заготовки, методика которых базируется на большом практическом опыте и законах статистики.

Все дефекты, встречающиеся в непрерывнолитых заготовках, можно условно разделить на следующие группы (рис.19.1):

-внутренние дефекты, которые располагаются внутри тела заготовки.

К числу основных дефектов непрерывнолитых заготовок следует отнести: дефекты геометрической формы, поверхностные продольные, поперечные и паукообразные трещины, внутренние трещины, дефекты в сердцевине слитка, поры и участки шлаковых включений и т.п.

Рис.19.1. Схематическое представление основных видов дефектов непрерывнолитой заготовки: 1 - глубокие продольные трещины на поверхности; 2-продольные трещины в зоне кромок; 3-короткие продольные трещины; 4-поперечные трещины по грани; 5-поперечные трещины в кромках; 6-паукообразные (звездообразные) трещины; 7, 8-внутренние трещины в продольном направлении; 9-угловые внутренние трещины; 10-угловые трещины; 11-осевые трещины; 12-поры и участки шлаковых включений на поверхности; 13-поры и шлаковые включения в виде гнезд, расположенных в продольных дорожках; 14-поры по всей поверхности слябов; 15-неметаллические включения на поверхности и подповерхностью; 16-осевая ликвация; 17-осевая пористость; 18-подповерхностные дефекты; 19-пояса и завороты

Общая характеристика основных видов дефектов геометрической формы и поверхности непрерывнолитой заготовки обобщена в табл.19.1.

Дефекты геометрической формы наиболее ярко проявляются для сортовой заготовки. Главным из них является ромбичность (рис.19.2).

Рис.19.2. Ромбичность сортовой заготовки (квадрат 150х150 мм)

Образование трещин в непрерывнолитой заготовки может быть вызвано различными причинами: низкими пластичностью и прочностью твердого каркаса при высоких температурах, металлургическими особенностями процесса кристаллизации, ферростатическим давлением, которое испытывает твердая оболочка слитка, температурными напряжениями, трением при изгибе-разгибе, механическими нагрузками и деформациями и пр. Если суммарная нагрузка создает в твердом каркасе напряжения, превышающие критические, то в процессе затвердевания развиваются трещины.

При этом для затвердевания поверхностных слоев заготовки характерны сильные перепады температур и интенсивный массо- и теплоперенос. В местах искажения температурных полей, как правило, также образуются поверхностные дефекты в виде трещин.

Поверхностные дефекты в значительной степени определяются механическими характеристиками формирующейся стальной оболочки. Поскольку твердая корочка состоит из жидко-твердой фазы и полностью твердого каркаса (рис.19.3), его механика достаточно сложна.

Рис.19.3. Схема микроструктуры оболочки твердого каркаса с дендритными зернами

В поперечном направлении жидко твердый каркас практически не имеет прочности. Причину данного явления следует искать в присутствии в междендритном и межзеренном пространстве жидких пленок с нулевым сопротивлением сдвигу. Можно условно считать, что твердая оболочка состоит из пяти зон, отличающихся своей морфологией и механическими характеристиками:

-зона свободного вытекания жидкости из междендритного пространства;

-зона ограниченного вытекания («невытекания») жидкости из междендритного пространства и образования участков жидкой пленки (отмечен красным);

- участок жидких вкраплений в твердых зернах (отмечен синим) и пленок по границам зерен;

-участок жидких вкраплений капель в твердых зернах и на их границах;

-полностью затвердевший участок твердого каркаса.

При этом определенную прочность имеет только участок с твердой фазой. Основные виды поверхностных трещин приведены на рис.19.4-19.8.

Рис.19.4. Продольная угловая трещина на слябе

Рис.19.5.Продольная трещина посередине широкой грани сляба

Рис.19.7. Поперечные трещины по широкой грани сляба

Рис.19.8. Наплыв металла вследствие поперечной трещины в кристаллизаторе

Появление газовых пор на поверхности заготовки (небольшие углубления сферической формы) обычно обусловлено повышенной влажностью ШОС или повышенным расходом или влажностью масла, подаваемого при разливке открытой струей (рис.19.9).

Рис.19.9. Поры и газовые пузырьки в поверхностном слое

Паукообразные (звездообразные) трещины (рис.19.10) характерны, прежде всего, для перитектического класса сталей (содержание углерода 0,12-0,18%). Они представляют собой тонкие трещины длиной несколько миллиметров в виде расходщимися лучами «звезд» и т.п.

Они образуются под поверхностью непрерывнолитой заготовки, что затрудняет их визуальное обнаружение непосредственно после охлаждения.

Однако при последующей прокатке они раскатываются в трещины или разрывы, что приводит к дефектам металлопродукции. На практике для сталей, подверженных появлению паукообразных трещин, осуществляется дополнительный контроль заготовок посредством механической зачистки поверхности (например, «змейкой»), глубиной 1-2 мм.

Поскольку формирование паукообразных трещин происходит в кристаллизаторе, то наиболее эффективным средством их подавления является применение ШОС, которые несколько снижают отвод тепла от твердой корочки.

Общая характеристика внутренних дефектов непрерывнолитой заготовки обобщена в табл.19.2. Фактически эта группа дефектов находится в прямой взаимосвязи с процессами затвердевания заготовки, которые были рассмотрены нами ранее. При этом проявление этих дефектов, как правило, связано с отклонением качества стали или процессов литья от номинальных.

Таблица 19.1. Общая характеристика дефектов формы и поверхности непрерывнолитой заготовки

Наименование дефекта	Описание дефекта	Причины возникновения	Меры по предупреждению
1.Ромбичность	Профиль поперечного сечения имеет форму ромба	Напряжения в корке заготовки из-за неравномерного отвода тепла в кристаллизаторе, износ рабочих стенок и отклонения геометрических параметров кристаллизатора	Равномерный теплоотвод, контроль геометрии гильзы кристаллизатора, контроль работы форсунок в зоне вторичного охлаждения
2.Раздутие (выпуклость)	Бочкообразность поперечного сечения	Высокая скорость или температура разливки, недо-статочное охлаждение гильзы кристаллизатора, неудовлет-ворительная настройка правильно-тянущей клети	Соблюдение температур-ного и скоростного режима разливки, режимов охлаж-дения, контроль геометри-ческих параметров кристаллизатора
3.Продольная угловая трещина	Трещина, проходящая вдоль оси заготовки	Износ донной части кристал-лизатора, неравномерное ох-лаждение заготовки в кристал-лизаторе, повышенная темпе-ратура стали в промковше, высокое содержание вредных примесей (S, P, Sn, Pb, Sb)	Контроль за геометричес-кими параметрами крис-таллизатора, поддержание оптимальной температуры разливки, ограничение содержания вредных примесей и пр.
4.Продольная трещина посередине грани	Трещина, проходящая по середине широкой грани	Неравномерное охлаждение по ширине сляба	Контроль распределения воды по ширине сляба в ЗВО
5.Поперечные трещины	Трещина, проходящая по боковой поверхности граней поперек продольной оси заготовки	Неравномерное затвердевание заготовки, повышенное тре-ние слитка в кристаллизаторе, действие циклических надры-вов оболочки при качании кристаллизатора, зависание слитка в кристаллизаторе	Соблюдение темпера-турного интервала разлив-ки, контроль за состоянием кристаллизатора, соблюде-ние режимов вторичного охлаждения, соблюдение режимов смазки и пр.
6.Поры	Углубления или полые пространства на поверхности заготовки	Избыточная влажность или избыточное количество сма-зочного масла с завышенным кислотным числом, газовыде-ление из смазочного матери-ала у края кристаллизатора	Регламентированное использование смазочного материала, обеспечение требуемой раскисленности стали
7.Следы качания крис-таллизатора	Надрывы оболочки заготовки в виде поперечных углублений	Неправильный выбор режимов качания кристаллизатора, смаз-ки, температуры разливки, а так-же неправильная настройка поддерживающих роликов	Соблюдение оптимального режима возвратно-посту-пательного движения крис-таллизатора, контроль за состоянием кристаллизатора
8.Загрязнения на поверхности заготовки	Скопление неме-таллических включений в виде частично залитых металлом частицах шлака	Размыв огнеупоров ковша, затягивание шлака из промковша, всплывшие из металла продукты вторичного окисления	Соблюдение технологии внепечной обработки ста-ли, применение огнеупо-ров высокого качества и качественной ШОС в кристаллизаторе
9.Паукообраз-ные трещины	Расходящиеся от центра тонкие трещины	Внутренние напряжения вследствие местного экстре-мального периодического пере-охлаждения или разогрева поверхности заготовки	Использование специаль-ных ШОС в совокупности с равномерной подачей во-довоздушной смеси в зоне вторичного охлаждения

Таблица 19.2. Общая характеристика дефектов макроструктуры непрерывнолитой заготовки

Наименование дефекта	Описание дефекта	Причины возникновения	Меры по предупреждению
1.Осевая пористость	Поры различного размера, локализо-ванные вблизи теплового центра заготовки	Неправильный выбор режимов разливки, в том числе и высокий уровень перегрева стали в промковше и неравномерное охлаждение заготовки	Уменьшение перегрева стали в промковше, обеспечение большей температурной однородности стали по длине промковша
2.Осевая химическая неоднородность	На продольных темплетах наблю-дается в виде отдельных точек, сплошного шнура или V–образных участков повышен-ной травимости	Температурная усадка стали, высокий уровень перегрева стали в промковше, повышенное содержание ликвирующих элементов (C, S, P)	Уменьшение перегрева стали в промковше, обеспечение большей температурной однород-ности стали по длине промковша, снижение содержания серы и фосфора в стали
3.Осевые трещины	Чаще всего имеют «паукообразный» вид	Вследствие термических напряжений, возникающих при неправильном выборе режимов в зоне вторичного охлаждения	Оптимизация режимов подачи воды в зоне вторичного охлаждения, повышение однородности водовоздушной смеси
4.Трещины, перпендику-лярные гра-ням, угловые трещины	Нитевидные потемнения повышенной травимости по контуру заготовки	Вследствие термических напряжений, возникающих при неправильном выборе режимов в зоне вторичного охлаждения и искажения профиля заготовки	Оптимизация режимов охлаждения заготовки, выбор рациональных смазок или шлакообразующих смесей
5.Деформационные трещины	В поперечном сече-нии имеют вид гнез-дообразного скопле-ния трещин или полос повышенной трави-мости; продольном – слой трещин при-мерно одной длины	Вследствие деформации заготовки в 2-х фазном состоянии роликами зоны вторичного охлаждения и разгиба	Контроль установки роликов зоны вторичного охлаждения и разгиба
6.Точечная неоднородность	Точечные скопления ликватов вблизи поверхности преиму-щественно по стороне меньшего радиуса	Вследствие нарушения режимов раскисления стали, неправильно выбранного расходом или состава шлакообразующей смеси, разрушения огнеупоров и пр.	Оптимизация условий раскисления стали, защита от вторичного окисления, продувка стали аргоном, использование качествен-ных огнеупоров и смесей
7.Внеосевая химическая неоднородность	Полоса более свет-лая, чем основной фон серного отпе-чатка или полоса пониженной трави-мости	Наблюдается при использо-вании электромагнитного перемешивания металла или при нестабильной технологии литья	Оптимизация режимов электромагнитного пере-мешивания и выбор места его приложения

Макроструктура сортовой заготовки (ромбичность 7 мм)

Макроструктура сортовой заготовки (правильная геометрическая форма)

Осевая усадочная пористость заготовки (продольный темплет)

Газовая пористость заготовки

Серный отпечаток продольного сечения сортовой заготовки с ликвационными дефектами (на верхней грани – ужимина, связанная с усадкой)

Что принято считать дефектом непрерывнолитой заготовки?