Более интенсивное охлаждение непрерывного слитка, а следовательно, и большая скорость роста твердой фазы, приводит к уменьшению зоны концентрационного переохлаждения, что тормозит развитие зоны двухфазного состояния. Этим объясняется большее соотношение протяженностей зон столбчатых и равноосных кристаллов в непрерывном слитке, чем в слитке, отлитом в изложницу.
Кроме того, мощные циркуляционные потоки в зоне кристаллизатора препятствуют образованию жидко-твердой составляющей двухфазной зоны перед фронтом затвердевания на более ранней стадии процесса формирования слитка, что улучшает условия роста столбчатых кристаллов.
Изучение темплетов показывает, что вторичная структура непрерывного слитка, по сравнению с отлитым в изложницу слитком, характеризуется меньшими размерами зерен и более тонкими границами между ними. Размер зерен плавно увеличивается от периферии к центру слитка.
Это объясняется большей интенсивностью охлаждения непрерывного слитка и связанным с ней незначительным развитием зоны двухфазного состояния.
4.3.3 Химическая неоднородность слитка
Почти все элементы в той или иной степени растворимы в жидком железе. В твердом железе растворимость многих элементов ограничена. Различная растворимость элементов в жидкой и твердой фазах обусловливает химическую неоднородность слитка.
В процессе роста твердой фазы на фронте кристаллизации происходит накопление ликвирующих примесей. Это связано с тем, что скорость диффузионного перемещения примесей, выделившихся в результате ограниченной растворимости в твердой фазе, на два-три порядка меньше скорости продвижения фронта кристаллизации.
При отсутствии в расплаве конвекции устанавливается такое его состояние, при котором количество примеси, выделяющееся из твердой фазы в единицу времени, равно ее количеству, диффундирующему за то же время от фронта кристаллизации. Такое положение названо стационарным распределением примеси и для плоского фронта кристаллизации теоретически найдено Тиллером [20]
(4.2)
где D – коэффициент диффузии примеси в расплаве;
Vкр – скорость продвижения фронта кристаллизации;
X – расстояние от фронта кристаллизации;
К – коэффициент распределения (отношение растворимостей элемента в жидкой и твердой фазах);
Сл – распределение примеси в расплаве;
Со – исходная концентрация примеси
Под действием мощных конвективных потоков жидкой стали внутри слитка часть атомов из обогащенного примесями слоя на фронте кристаллизации уносится в расплав, повышая концентрацию примесей в жидкой части слитка.
Уравнение (4.2) характеризует зависимость распределения примеси от скорости кристаллизации расплава. Чем выше скорость кристаллизации, тем ниже концентрация примесей на фронте затвердевания. Вместе с тем при конвективном перемещении потоков металла изменяются толщина ликвационного слоя и характер распределения примесей. Чем больше скорость конвективных потоков жидкой стали и ниже ее вязкость, тем меньше толщина ликвационного слоя.
Таким образом, различная растворимость примесей в жидкой и твердой фазах приводит к тому, что в промышленных условиях стальной слиток всегда имеет неоднородность по химическому составу.
Различают два типа химической неоднородности (ликвации) стального слитка – зональную и дендритную (внутрикристаллическую). Зональная неоднородность – это скопление примесей в определенных локализованных участках или зонах. К этому типу можно отнести химическую неоднородность по сечению и высоте слитка, ликвационные квадраты, полосы, пятнистую ликвацию. Дендритная ликвация или микронеоднородность – это химическая неоднородность металла в объеме кристалла. Она представляет собой закономерное явление, сопровождающее процесс кристаллизации металла.
Ранее была установлена идентичность условий кристаллизации по длине непрерывного слитка, что обусловливает одинаковые скорости кристаллизации на любом его горизонте и высокую химическую однородность металла.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.