Файл: Пути улучшения качества сталей и сплавов..pdf

№отбора

ний нитридов титана идет их коагуляция с образова­ нием частиц второго и третьего порядков. В то время как количество частиц второго порядка составляет 12— 13 процентов, количество частиц третьего и выс­ ших порядков не превышает 5—6 процентов.

Через несколько минут количество частиц высших порядков начинает уменьшаться, что свидетельствует об их всплывании и ассимиляции шлаком. Таким об­ разом, коагуляция твердых частиц влияет на их всплывание и удаление из жидкой стали.

Если предположить, что вероятность столкнове­ ния части включений зависит от их первоначальной концентрации, а каждое столкновение, благодаря об­ волакивающим твердые включения нитридов жидким пленкам, приводит к слипанию частиц, то для расче­ та кинетики слияния частиц можно воспользоваться уравнениями Смолуховского для перикинетической коагуляции [35].

Совпадение между расчетными и эксперименталь­ ными данными — достаточно близкое для частиц вто­ рого порядка, а для третьего — количество коагули­ рованных частиц примерно в два раза меньше рас­ четных. Это можно объяснить тем, что тройные включения более крупные и быстрее всплывали в шлак, затрудняя экспериментальное определение за­ кономерностей коагуляции таких частиц.

Э. Ю. Колпишон, используя описанную методику,

27

показал, что процессы укрупнения частиц твердых включений с РЗМ при кристаллизации стальных слитков достаточно хорошо описываются вышеупо­ мянутыми уравнениями. Полученные графики зави­ симости скорости и пути всплывания частиц от времени их существования, с учетом коагуляции, позво­ лили определить вероятные размеры частиц, захва­ ченных фронтом кристаллизации на различных уров­ нях слитка .[36].

Расчетные данные хорошо сходятся с описанными исследованиями слитков.

Как было указано, миграция твердых включений с РЗМ. в нижнюю часть слитка может быть объясне­ на только транспортировкой включений опускающи­ мися кристаллитами.

Это явление рассматривается в следующем раз­ деле.

ЗАГРЯЗНЕНИЕ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИМИ ВКЛЮЧЕНИЯМИ

НИЖНЕЙ ЧАСТИ СЛИТКА

Известно, что в нижней части слитка спокойной стали наблюдается повышенное количество доста­ точно крупных неметаллических включений. Это яв­ ление в литературе иногда однозначно объясняют дей­ ствием конвективных потоков, направленных к ниж­ ней части слитка вдоль фронта кристаллизации [37].

до сих пор была невозможной из-за малых скоростей движения неметаллических включений и образовав­ шихся кристаллитов под действием гравитационных сил и больших скоростей кристаллизации слитков. В свя­ зи с этим была разработана методика, обеспечиваю­

28

Рис. 2. Центробежная установка с вертикальной осью вращения для отливки слитков

Опытные плавки проводили в 70-кг индукционной печи, сталь разливали в специально сконструирован­ ную центробежную установку с вертикальной осью вращения (рис. 2) i. Вращение изложницы произво­ дилось с угловой скоростью (со) 300—460 об/мин.

При этом в соответствии с гравитационным коэффи-

90 раз, следовательно, гравитационные силы по срав­ нению с центробежными были достаточно малы и ими можно было пренебречь.

При выплавке в сталь вводились дополнительные

1 В конструкции установки принимали участие инженеры Ко­ тельников А. А. и Перетыкин Е. П.

29

лись магнезитовым порошком. Вес каждого слитка со­ ставлял 12 —15 кг, высота — 250 мм, средний диаметр — 80 мм. С помощью термопар, помещаемых внутрь из­

мя включения диаметром 4 • 10~4 см и более должны

удаляться полностью. В связи с тем, что под действи­ ем центробежных сил частицы могут сливаться, сле­ дует ожидать удаления и более мелких включений.

Исследование проводили на слитках мягкого же­ леза и стали 18Х2Н4ВА. Для получения нитридов ти­ тана в шихту вводили азотированный феррохром из

скоростях вращения: 300, 390, 460 об/мин. Всего отли-1

30

слиток разрезали по продольной оси. Одну половину его травили для выявления макроструктуры в 50%- ном растворе NaCl с добавкой 5 процентов H N 03, из другой вырезали темплеты для металлографического исследования.

Распределение нитридов титана в готовых слит­ ках изучали как по высоте (9— 10 горизонтов), так и по поперечному сечению (7—9 слоев). Оценку микро­

травили реактивом Обергоффера. Фотографирование производили на микроскопе «Неофот» при увеличе­ нии Х12 с объективом «mikrotar» = 6,5 см.

На центробежном слитке были видны тонкий слой мелких равноосных кристаллов у поверхности, зона столбчатых кристаллов; причем в верхней части слит­ ка эта зона значительно шире, чем внизу. В отличие от обычного слитка, наблюдался характерный конус из мелких кристаллов, так называемый «конус осаж­ дения».

Кристаллическая структура обычного слитка со­ стоит из зоны транскристаллов и равноосных кристал­ лов в центральной части.

В центробежном слитке хорошо различаются зона равноосных кристаллов у поверхности, зона столбча­ тых кристаллов (причем оси транскристаллов разви­ ты в направлении, обратном тепловому потоку); а зо­ на крупных равноосных кристаллов — в верхней центральной части и зона мелких глобулярных денд­ ритных образований — в виде своеобразного конуса.

Таким образом, на центробежных слитках, в от­ личие от обычных, был обнаружен «конус осажде­ ния».

Можно найти лишь единственное объяснение та­ кой своеобразной структуре слитка, разлитого в цент­ робежном поле: обломки столбчатых кристаллов или кристаллиты, образующиеся в переохлажденных сло­ ях расплава вдоль фронта кристаллизации, под дей­ ствием центробежных сил с большой скоростью «то­ нут» и «оседают» в «нижней» части слитка. Для обычного слитка небольшое время кристаллизации и

31