Электрошлаковый переплав: Учебное пособие (Принцип электрошлакового переплава, технология процесса наплавки слитка, физико-химические процессы при ЭШП, плавление и кристаллизация металла), страница 46

Установлено, что дефект пробой возникает на слитке при нарушении контакта между слитком и поддоном или между поддоном и кристаллизатором. Причиной нарушения контакта между слитком и поддоном является зависание слитка в кристаллизаторе вследствие малой конусности, деформации кристаллизатора или разрушения его внутренней поверхности. Плохой контакт между слитком и поддоном может быть также вследствие деформации затравочной шайбы при расплавлении флюса. Затравочная шайба принимает сферообразную форму, и под нее возможно подтекание шлака. Нарушение электрического контакта между поддоном и кристаллизатором обычно связано с плохой поверхностью (деформация, грязь) поддона либо нижнего торца кристаллизатора.

Механизм образования пробоя следующий. При каплеобразовании наравне с крупными образуются мелкие капли, которые конвективными потоками выносятся в пристенную область, где еще не образовался гарнисаж, и прилипают к стенке кристаллизатора. При наплавлении металла капля электрически соединяет слиток с кристаллизатором. В момент нарушения контакта между слитком и поддоном электрический ток устремляется через эту перемычку с образованием пробоя. Высокая плотность тока в районе пробоя подплавляет металл, и при затвердевании формируется мелкокристаллическая структура.

Трещины в слитках. При переплаве среднеуглеродистых конструкционных марок стали (20ХНЗА, 30ХГСА) в слитках в период затвердевания и выдержки в кристаллизаторе могут образовываться продольные трещины. Трещины возникают на грани слитка и располагаются на глубину 65 - 90 мм. Излом литой стали по месту дефекта показал, что границы металла имеют участки с мелкозернистым строением и загрязнены большим количеством неметаллических включений. Эти включения распространяются по границам кристаллов в виде пленки. Они состоят преимущественно из окиси и нитридов алюминия. Трещины возникают при содержании остаточного алюминия в стали более 0,01 %.

Для устранения дефекта по трещинам необходимо иметь содержание алюминия в исходном металле не более 0,01 %. Если же количество алюминия в исходном металле окажется более 0,01, то исправить положение можно, увеличив окислительный потенциал шлака, например добавкой во флюс SiO2.

Другой причиной появления продольных трещин являются термические напряжения, которые возникают в период выгрузки слитков из кристаллизатора. Надежным методом борьбы с трещинами термического происхождения является длительная выдержка слитков в кристаллизаторе. Обычно слитки массой 2,0 - 2,5 т выдерживают 2 - 3 часа.

Сколы. В изломе встречаются, как правило, в крупных профилях заготовок (для квадрата и круга более 150 мм) конструкционных сталей 12Х2Н4А, 18Х2Н4ВА и др. Увеличение обжатия (уменьшение сечения заготовки) ликвидирует дефект. Сколы представляют собой вытянутые в направлении деформации светлые площадки, обнаруживаемые в поперечном изломе. Установлено, что образование дефекта скола связано с присутствием в стали, как и в случае трещин, повышенных количеств алюминия (выше 0,04 %) и азота, а также с их неравномерным распределением в слитке. Можно полагать, что в целом механизм образования сколов аналогичен вышеприведенному механизму образования трещин.

Проблема сколов решается путем применения исходного металла с низким содержанием азота (0,0090 - 0,0010 %), в частности, выплавленного в мартеновских печах и конвертерах с содержанием алюминия 0,02 - 0,03 %.

Разнозернистость. В промышленности величина зерна контролируется по десятибалльной шкале (ГОСТ 5639-75). Мелкое зерно оценивается пятью и выше баллами.

Размер зерна регулируется количеством присаженного алюминия. Действие алюминия объясняется тем, что он образует дисперсные частицы Al2O3 и AlN, которые являются центрами кристаллизации при затвердевании металла. С другой стороны, указанные соединения, скапливаясь на поверхности растущих кристаллов, препятствуют росту зерна. При ЭШП происходит очистка металла от неметаллических включений и, следовательно, снижение центров кристаллизации.