Химическая неоднородность литого металла   

   Химической неоднородностью, пли сегрегацией, на­зывается неравномерное распределение примесей (С, S, Р, О₂ и Др.) в различных зонах стального слитка (зо­нальная) пли в объемах отдельных дендритов (дендрит­ная). Сегрегация является следствием двух одновремен­но протекающих процессов — избирательной кристалли­зации и разделения частиц жидкого сплава по плотнос­ти с последующим всплыванием более легких состав­ляющих.

   Слиток спокойной стали характеризуется двумя зо­нами положительной ликвации (осевая и внеосевая) и одной зоной отрицательной ликвации в «конусе осажде­ния». Внеосевая, или так называемая А-образная, лик­вация выявляется на травленых продольных разрезах слитков в виде симметрично расположенных темных линий или полос («усов»), сближающихся в головной части слитка. Осевая, или V-образная, ликвация распо­лагается вдоль вертикальной оси слитка в области цент­ральной усадочной рыхлости. Зональная ликвация в слитках кипящей стали разви­та значительно больше, чем в слитках спокойной стали тех же размеров,    так как сильное перемешивание ме­талла в изложнице под действием восходящих потоков окиси углерода способствует продвижению сегрегатов в центральную область верхней    части слитка. В работе установлено, что в слитках кипящей стали массой до 8 т Л-образная    ликвация отсутствует, но в то же время  наблюдается загрязнение сегрегатами  централь­ной зоны слитка.

   По данным работ,  концентрация углерода, фосфора и серы в 8-т слитке стали 08кп возрастает по направлению от поверхности слитка к его середине, до­стигая максимальных значений в средней части слитка на расстоянии 15% высоты слитка от его верха. Авторы работы пришли к выводу, что концентрация углеро­да в крупном слитке кипящей стали несколько понижа­ется начиная от поверхности слитка по направлению к сотовым пузырям. В области вторичных пузырей наблю­дается резкий скачок концентрации углерода, а далее по .мере продвижения к центру слитка  содержание его в металле понижается.

   Опыты, проведенные многими исследователями, показали, что уменьшение продолжительности кипе­ния,  достигаемое    накладыванием    тяжелых  чугунных крышек на зеркало слитка    через 10—20 мин после за­полнения изложницы металлом,    или отливка слитка  в бутылочные изложницы  приводят к уменьшению хи­мической неоднородности. Однако в связи с дальнейшим увеличением массы слитков с целью увеличения произ­водительности обжимных станов    необходимо разрабо­тать более эффективные методы уменьшения химической неоднородности кипящей стали.

   А. Хильтгрен и Л. Фрагмен приводят данные об уменьшении сегрегации в слитке кипящей стали массой 0,8 т при добавке алюминия в изложницу в количестве  37 г/т.

   Авторы исследований получили хими­ческую однородность и лучшую макроструктуру при вве­дении алюминиевой дроби в центровую в количестве 150—200 г/т для стали Ст.Зпс; 340—400 г/т для стали 08пс и 900 г/т для нестареющей стали 08Ю. В работах показано, что химически закупоренная сталь по сравнению с кипящей обладает повышенной химичес­кой однородностью, а благодаря более плотной структу­ре головных слябов (блюмов) головную обрезь можно сократить до 3—6%.

   В слитках сталей 08кп и 08кп с ферросилицием, 08пс и 08Ю, отлитых из одной плавки, химическую неодно­родность исследовали методом отбора стружки от про­дольных    плнт на 21 горизонте  (3; 6; 9;  12;  15;  18; 21; 24; 27; 30; 40; 50; 60; 70; 80;83; 86; 89; 92; 95 и 98%) от верха   слитка.   На   каждом   горизонте  от  края  до  оси слитка отбирали по восемь проб. Для выявления общих закономерностей распределения углерода и серы по ши­рине и высоте исследованных слитков были подсчитаны средние значения содержания этих элементов по верх­ней, средней  и нижней  частям слитков  .

   В верхней и средней частях слитков кипящей стали  (обычного и с ферросилицием) наиболее низкое содержание углерода и серы наблюда­ется в зоне кипения. Кривые распределения углерода и серы в указанной зоне по ширине слитков имеют V-образный характер, что согласуется с данными А. Гайеса и И. Чипмена. К центру слитка содержание углеро­да и серы в металле постепенно возрастает и достигает максимальных значений в осевой зоне верхних частей их. В нижних частях слитков кипящей стали наблюдает­ся в основном отрицательная ликвация углерода и со­держание его по ширине изменяется мало. Таким обра­зом, содержание химических элементов по высоте слит­ков возрастает от низа к головной части последних.

   Более низкое среднее содержание углерода в слитке с добавкой ферросилиция в результате понижения со­держания его в зоне сотовых пузырей свидетельствует о том, что введение в изложницу малоуглеродистой ки­пящей стали небольших количеств кремния (0,009%) может привести к улучшению кипения металла в излож­нице за счет появления в жидкой стали дополнительной фазы и понижения температуры металла.

   Присадка в малоуглеродистую кипящую сталь алю­миния существенно изменяет распределение химических элементов по сечению слитков. Отрицательная ликвация серы и углерода наблюдается только в нижней и средней частях корковой зоны 18-т слитков, которая кристалли­зуется до введения алюминия в изложницу.