§ 8.
Химическая
неоднородность и пороки стальных слитков
Химический состав стального слитка
в различных его частях неоднороден. Неоднородность (ликвация)
возникает при затвердевании слитка. Содержание примесей (серы,
фосфора, кислорода и др.) и основных элементов (углерода, хрома) может
различаться в несколько раз. Если в среднем в печи получают сталь,
удовлетворяющую по своему химическому составу требованиям ГОСТов, то
отдельные части слитка, а следовательно н изделий, которые будут получены
из него, при последующей переработке могут иметь содержания серы,
фосфора, превышающие в несколько раз допустимый предел, что приведет
к разрушению деталей, к низким механическим свойствам. Вследствие ликвации
углерода или легирующих компонентов в металле могут образоваться зоны
с нехваткой этих составляющих, что приведет к снижению его
свойств.
Ликвация может быть дендритной и
зональной. Дендритная ликвация возникает в пределах одного кристалла.
Она появляется вследствие того, что сначала кристаллизуется более
чистый металл — главные оси дендрита становятся более чистыми, а
потом затвердевает более загрязненный металл. Во вторичных осях и осях
третьего и четвертого порядка содержание примесей может быть значительно
больше: серы — в 2 раза, фосфора — в 1,2 раза, углерода — в 0,6 раза и т.
п.
Большую опасность вызывает
зональная ликвация, т. е. различный химический состав слитка в разных
его частях. Причинами появления зональной ликвации являются:
избирательная кристаллизация, т. е. затвердевание в первую очередь
чистого металла; перемещение в результате диффузии и с потоками
металла примесей из одной части' слитка в другую; всплывание загрязненного
металла, имеющего меньшую плотность по сравнению с чистым металлом, в
верхние области слитка. В слитках спокойной стали более грязным является
металл прибыльной и подприбыльной части. Содержание серы, фосфора и
углерода возрастает в головной части от поверхности к оси слитка.
Внизу слитка, наоборот, содержание этих примесей убывает по направлению к
центральной части. Развитию зональной ликвацни способствует увеличение
массы слитка, высокая температура разливки стали, повышенное
содержание водорода, встряхивание слитка при его затвердевании.
Поэтому не рекомендуется двигать составы с налитыми изложницами до
тех пор пока не произойдет полное затвердевание стали.
В слитках кипящей стали зональная
ликвация выражена значительно сильнее, чем в слитках спокойной стали,
вследствие более интенсивного движения металла при его кристаллизации. В
головной части слитков кипящей стали содержание серы может быть в
восемь, фосфора в пять, а углерода в три раза выше среднего
содержания. Для подавления ликвации в кипящей стали рекомендуется
раньше прекращать кипение стали. Для этого через 1—1,5 мни после
заполнения изложницы производят «закупоривание» слитка. Химическое
закупоривание осуществляют присадкой алюминия, что приводит к
остановке кипения, вследствие чего ликвация уменьшается. Такой же эффект
дает накрывание изложницы после заливки кипящей стали массивными
чугунными крышками — механическое закупоривание. Скопление примесей в
слитке кипящей стали возрастает от поверхности к середине и к верхней
части. Максимальное загрязнение в осевой части слитка на расстоянии
5—15 % от верха слитка.
