Файл: Сергеев, А. Б. Вакуумный дуговой переплав конструкционной стали.pdf

близкой к ней

с образованием

структуры

нормальной

дисперсности .

послойная кристаллизация

вы зы вается

Р егу л я р н ая

относительно короткими остановкам и роста,

продолж и ­

тельностью порядка десятков

секунд . Т акие

остановки

ния примесей с перемещ ением их иа значительное

р а с ­

стояние.

длительная зад ер ж ка

П о -и н ом у влияет на процесс

кристаллизации ,

н аблю даем ая

в периферийной

зоне

сли тка. И м енно

она вы зы вает

появление светлого

кон ­

рис.

72. Н а

этом серном

отпечатке в верхней части слитка

заф и кси р ован а ж и дкая

ванна иа повышенной силе то­

ка.

Н и ж е

ванны виден

светлый контур, совпадаю щ ий с

лизации

в краевой зоне слитка и наруш ением

контакта

м еж д у

слитком

и стенкой

кристаллизатора.

Д ли тел ь ­

ность остановки

определяется

временем ,

необходимы м

для отвода избы тка тепла

через образовавш ий ся зазор .

К а к

ж е влияет остановка

фронта затвердевания на

процесс кристаллизации ? П ри

обсуж дении

влияния р аз ­

шения градиента

температуры

к

линейной

скорости

G/w.

Р ассчи таем это отношение для условий появления

светлого контура.

1— 2 мм форм ируется за

О светленная зона шириной

10— 20 мин, т. е. скорость роста

во

время остановки

со ­

ставляет

примерно

1,5— ІО-4 см/с.

Температурны й

гр а ­

диент, вы зы ваю щ ий

остановку

(см .

табл . 23),

составл я ­

ет около

100°С .

Следовательно

G/w

равно

6 -1 0 5° С ’

— > ^ д р .

(52)

11— 995

161

нию

Ткр

контура, температурны й интервал затвер ­

светлого

девания

5-

равны м 20° С . Е сл и д о п у с ­

D =м ож но принять

тить,

что

ІО-5

см 2/с,

то Д7',ф/Е> = 4 -1 0 5° С -с / с м 2.

С д ел ан н ая

оценка

свидетельствует о том , что при о б ­

услови е устойчивости

плоского

ф ронта. Ф ор м и р уем ая в

этом случае структура

м ож ет

представлять

собой либо

м онокри сталл,

либо (с учетом

возм ож ной погреш ности

оценки) следую щ ую

после

м онокристалла р азн ови д ­

ность по степени разветвленности, ячеистую

структуру.

К ри сталлы ячеистого типа

отчетливо о б н ар у ж и в аю т ­

ся при исследовании деталей

строения

светлого

контура

(см . рис. 71).

м еханизм а следует, что

вероят­

И з рассм отренного

ность образования светлого контура и степень

его р а з ­

вития долж ны

увеличиваться

с ростом

продолж и тельн о ­

сти остановки

затвердевания,

которая

в свою

очередь

зависеть

и от свойств

переплавляем ого м атер и ал а:

у в е ­

личение

тем пературного

интервала затвердевания

м о ­

ж е т привести к том у,

что

в ш ироком ди ап азон е значений

дистой

стали светлый контур

встречается

очень

редко.

Р ан ее отм ечалось

зам етное влияние вращ ения

ванны

на обе

разновидности

слоистой

структуры :

оно- о сл аб л я ­

становятся невозм ож ны м и как длительны е,

так и к р ат ­

ковременны е остановки ф ронта.

Д о сих пор

ПОДКОРКОВЫЕ ДЕФЕКТЫ

однородно ­

мы рассм атри вали

наруш ения

сти структуры

слитков В Д П , так

или иначе связанны е с

родность

слитка и сни ж аю щ ие

вы ход

годного

м еталла.

Шлаковые загрязнения

(рис.

76)

представляю т собой

пленку ш л ак а ,

образую щ егося из неметаллических вклю ­

чений, н акапли ваю щ и хся

на

поверхности ж идкой

ванны

в процессе

п ереплава.

Э т а

пленка

время

от

времени

м ож ет

прилипать к

короне

и зали ваться ж идким

м етал ­

лом .

Т огда

она и о казы ва ­

ется

в теле сли тка.

К оличе­

ство

ш л ак а

увеличивается

с ростом ди ам етра и массы

сли тка.

Д л я

предупреж де­

ния

появления такого деф ек ­

та ц елесообразно применять

в качестве электродов м е­

талл

с минимальной за гр я з ­

ненностью

нем еталлически ­

Р и с .

76.

Ф р а гм е н т

м а к р о ст р у к т у р ы

ми вклю чениями.

Г азовы е

поры — свищи

12 Х 2 Н 4 А

с о

ш л а к о в ы м

в к л ю ч е н и е м .

иногда обн аруж и ваю тся при

сл и т к а

д и а м е т р о м

400

м м ст а л и

X I

обточке

поверхности

слит­

ков

В Д П .

Д и ам етр

свищ ей,

проникнове­

как

правило, составляет

3— 7 мм, глубина

ния

в тело слитка от нескольких миллиметров до 20—

70 мм

и более

(рис.

77).

В се свищ и

начинаю тся

в кор ­

ковой

зоне

слитка,

у

сам ой

короны .

Р асп ол ож ен и е их

по высоте слитка носит случайны й характер .

В среднелегированной конструкционной стали свищи

встречаю тся

сравнительно редко.

Гораздо чащ е

их о бн а ­

р уж и вали

в чистом низкоуглеродистом

ж елезе и,

особен ­

но, в теплостойкой

стали

1 3 Х 1 2 Н В М Ф А . Степень

р азви ­

тия

деф екта

в этой

стали,

как

показали

специальны е

и сследован и я 1, не зависит ни от длины дугового

пром е­

ж у т к а

(в п ределах от 20 до 50 м м ),

ни от силы тока пе­

реплава

и

(4,5— 7,0

к А

в

кристаллизаторе

диам етром

280

мм

5,5— 7,5

к А

в

кристаллизаторе

диаметром

380

м м ).

Сви щ и наблю дали

и в

слитках,

наплавленны х

ж е двойны м вакуум ны м переплавом .

и зуч ен ы

со в м е стн о

1 П р и р о д а и м е х а н и зм о б р а зо в а н и я сви щ ей

с И . И . Х м е л е в ы м .

11*

163

ем

П роведенны м в лабор аторн ы х усл ови ях и ссл ед ован и ­

[103] было

установлено , что

па пораж ен н ость

стали

1 3 Х 1 2 Н В М Ф А

сви щ ам и влияет

содер ж ан и е в ней

тита­

на.

Н ебольш ой

добавки этого элем ента о казал ось

д о ст а ­

точно для ликвидации деф екта.

Р и с . 77.

Ф р а гм е н т м а к р о ст р у к т у р ы с л и т к а ст а л и

02— В Д

д и а м е т р о м

320

м м с п о д к о р к о в ы м и с в и щ а м и ( у м е н ь ш е н о

в д в а

р а з а )

азота,

а т ак ж е азота и титана.

П о сл е

осты вания слитков

в вакуум е были собраны

образцы тонкого конденсата со

стенок

располож енного

над

кристаллизатором

водо ­

о хл аж д аем о го п атрубка

и короны со

слитков. С о д е р ж а ­

ние в этих о б р азц ах

титана и азота зави сит от исходной

концентрации обоих элементов

(табл .

4 0). Б ол ьш е

всего

Т а б л и ц а 40

С о д е р ж а н и е а з о т а и т и т а н а в и с х о д н о м м е т а л л е ,

к о р о н е и к о н д е н са т е (п е р е п л а в ст а л и 1 3 Х 1 2 Н В М Ф А ) , %

И с х о д н ы й м ет ал л

К о н д е н са т

К о р о н а

Т і

N

Т і

N

Т і

N

0,14

__

0,20

__

0,05

0,05

0,04

—

0,05

0,22— 0,32

0,05

0,09— 0,15

0,12

0 , 1 1

0 , 3 0 - 0 , 6 0

0 , 1 0

0,26— 0,33

0,10

П р и с а д к а

О б ъ е к т и ссл ед о ван и я

О б щ е е со д е р ж а н и е

г а за

(мл/100

г) п р и

в и сход н ы й

т е м п е р а т у р е

эк ст р а к ц и и ,

° С

м ет ал л

20— 1030

1000— 1150

1150— 1450

К о р о н а

295

255

108

0 ,0 5 % А1

К о р о н а

81

74

73

К о н д е н с а т

2053

282

596

0 ,2 0 % Т і

К о р о н а

28

17

61

К о н д е н с а т

305

44

97

В се эти данны е свидетельствую т о том , что о б р азо ва ­

ние свищ ей в слитке В Д П

связано с вторичным газовы -

делением из короны при прогреве ее ж идким

м еталлом .

Д ополнительны м ф актом ,

подтверж даю щ им

что такое

сталлизатором

[105,

106].

к а х

Вероятнее

всего,

что свищи образую тся в тех у ч аст ­

краевой зоны слитка, где интенсивное выделение га ­

зов

начинается ещ е до полного отхода слитка от стенки

труднен, и они

образую т полость в затвердеваю

щ ем м е­

талле. П р и сад к а в исходный

металл небольш ого

количе­

ства титана, который при

В Д П

частично

испаряется

(в конденсате

его содерж ится

столько ж е ,

сколько в