Электрошлаковый переплав: Учебное пособие (Принцип электрошлакового переплава, технология процесса наплавки слитка, физико-химические процессы при ЭШП, плавление и кристаллизация металла), страница 45

В заключении приведем данные о влиянии ЭШП на содержание кислорода в стали (таблица 12) [2].

Таблица 12 - Влияние ЭШП на содержание кислорода в стали

Таким образом, снижение содержания кислорода в металле ЭШП связано в основном с физическим процессом очистки исходного металла от неметаллических включений. Как следует из таблицы 12, содержание кислорода уменьшается против исходного металла в 1,5 - 2,0 раза.

8 ДЕФЕКТЫ СЛИТКОВ ЭШП

Химическая неоднородность. Сталь является многокомпонентным сплавом (раствором), затвердевающим, как правило, в интервале температур. Одни химические элементы понижают температуру затвердевания, другие ее повышают.

Затвердевание расплава в интервале температур в любом случае приводит к неодинаковой концентрации элемента-примеси в твердом и жидком металле (закон распределения). При ЭШП это может привести (как и в обычных слитках) к появлению таких дефектов, как химическая неоднородность: зональная и дендритная.

При ЭШП осуществляется непрерывное поступление капель электродного металла, которые, с одной стороны, обновляют состав жидкой ванны, а с другой - усредняют ее перемешиванием. Поэтому химическая неоднородность в поперечном сечении слитков ЭШП значительно меньше, чем в обычном металле.

Несмотря на менее выраженную химическую неоднородность в поперечном сечении металл ЭШП имеет химическую неоднородность по высоте слитка, главным образом, по легкоокисляющимися элементами, таким, как Si, Al, Ti и др. Но эта неоднородность не связана с затвердеванием металла, а является следствием неравномерного окисления элементов кислородом шлака по ходу процесса. Ранее отмечалось, что при переплаве происходит накопление в шлаке элементов, имеющих переменную валентность, таких, как Fe, Cr, Ti, которые и «перекачивают» кислород из атмосферы к границе металл-шлак. Вследствие этого верх слитка, как правило, содержит несколько меньше Si, Al, Ti, чем нижние горизонты слитка. Но изменение химического состава металла по высоте носит плавный характер.

Послойная кристаллизация. В начале процесса ЭШП, особенно в период расплавления флюса, имеет место колебание тока и напряжения (неустойчивый электрический режим плавки). В другие периоды плавки отклонения электрического режима от заданного встречаются реже. Неустойчивость электрического режима нарушает тепловой баланс металлической ванны: резко изменяется скорость продвижения фронта затвердевания. При ускорении кристаллизации затвердевает слой металла с повышенным содержанием ликвирующих элементов, при замедлении - наоборот.

На макротемплете периодичность затвердевания металла обнаруживается в виде чередующихся тонких светлых и темных полос. Это явление получило наименование послойной кристаллизации.

Исследования показали, что химический состав, свойства металла с зонами послойной кристаллизации не отличаются от состава и свойств металла, не имеющего послойной кристаллизации. Поэтому послойная кристаллизация не является браковочным пределом.

Пробой. Дефект пробой встречается при ЭШП на однофазных одноэлектродных печах и реже при переплаве на бифилярных установках. Пробой представляет собой полость, идущую от поверхности вглубь слитка, глубиной до 500 мм, чаще всего заполненную шлаком. Вокруг полости располагается зона, имеющая мелкокристаллическую структуру, которая загрязнена крупными неметаллическими включениями. Если пробой не выявлен при осмотре слитка, то в деформированном металле он будет причиной дефектной макроструктуры, получившей название “корки и загрязнения”. Дефектные участки макроструктуры имеют грубое скопление неметаллических включений и пузырей.