2.4 Особливості кристалізації напівспокійної сталі

Структура зливка напівспокійної сталі формується за умов його розкислення, що наближається до спокійного металу. Ступінь розкислення напівспокійної сталі має вирішальне значення на якість зливка. Розрізняють чотири групи напівспокійної сталі (рис. 2.11) за ступенем розкислення.

І ІІ ІІІ ІV

Рис. 2.11. Типи структур зливків напівспокійної сталі:

І - недорозкислений зливок; II - зливок з вмістом кисню, близьким до верхньої межі; III - нормально розкислений зливок з вмістом кисню, близь­ким до нижньої межі; ІV- перерозкислений зливок

Зливок І під час відливання слабко кипить, а потім тривалий час іскрить з утворенням свищів. Головна частина зливка має невелику рослість із свищами та напливами. Його структура характеризується наявністю тонкої кірки (10…15 мм) у верхній частині зливка (на від­стані до 54 % від його верхнього торця), за якою розміщується зона стільникових пухирців завширшки близько 80 мм.

У цьому зливку усадкова раковина розосереджена у невеликих газових порожнинах, над якими розміщено відносно щільний шар металу завтовшки 25 мм. Усадкова раковина та крихкість поширю­ються вглиб зливка на 53 % від поверхні. У нижній частині зливка газові пухирці розміщуються на глибині 25…30 мм, але протяжність їх невелика. При високій швидкості розливання пухирці не утворюються.

У напівспокійній на відміну від киплячої сталі процес газоутворення розвивається настільки слабко, що ріст пухирців СО не випереджає ріст кристалів, і практично всі гази залишаються в зливку у вигляді стільникових та окремих роз'єднаних пухирців. Причому у верхній частині зливка вони розвинені більше, а в нижній частині ріст стільни­кових пухирців у зв'язку з швидким збільшенням феростатичного тиску припиняється майже повністю. Тверда кірка у верхній частині зливка утворюється відразу після його відливання, оскільки коління металу відсутнє і його конвективне перемішування не відбувається. Після цього ріст стільникових пухирців припиняється й у верхній частині зливка.

Якщо розливання проводиться у виливниці пляшкоподібної форми і рівень металу доходить до кришки, то стільникові пухирці утворюють­ся коротші. Після герметизації зливка утвореною кіркою газовиділен­ня може відбуватися внаслідок усадки, а також скупчення кисню та вуглецю при ліквації. Так формуються газові пухирці в об'ємі зливка. Зона вторинних пухирців у зливках напівспокійної сталі відсутня.

Ступінь розвитку ліквації у зливку напівспокійної сталі нижчий, ніж у киплячій, але перевищує ступінь у спокійній сталі. Для зливків напівспокійної сталі характерна наявність Л-подібної зональної ліквації та осьової неоднорідності. Позаосьова неоднорідність поши­рюється на глибину до 80 % від верха. Максимальний вміст ліквуючих домішок відповідає зонам під усадковою крихкістю.

Зливок ІІ не кипить, після відливання іскрить 2 хв. Головна частина зливка має невелику опуклість із свищами. Товщина здорової кірки у верхній частині зливка незначна, ширина стільникових пухирців близько 60 мм. Протяжність зони стільникових пухирців від поверхні зливка приблизно втричі менша, ніж у зливка І і дорівнює ≈19%. У решті зливка біля його поверхні на глибині до 11 мм розміщуються підкіркові пухирці. Усадкова раковина у зливка II менш розосереджена, ніж у зливка І, і з усадкової крихкістю залягає на глибину ≈37% від поверхні. Над усадковою раковиною розміщується „міст” металу завтовшки 140 мм з багатьма пустотами.

Зливок III після відливання іскрить 40 с. Він застигає у плоскій формі головної частини і не має свищів та напливів.

У головній частині до 13 % від верхнього торця розміщуються пухирці діаметром 2…4 мм завдовжки 12…15 мм. Нижче цієї зони зна­ходяться пузирі круглої форми діаметром 2…4 мм. Усадкова раковина та крихкість у цьому зливку більші за об'ємом, ніж у зливка II, і за­глиблені на 40% від верхнього торця. Раковина ізольована від атмосфери пухирцевим „мостом” завтовшки 200 мм.

Зливок IV після відливання не іскрить і застигає з угнутою формою головної частини. По всій висоті зливка спостерігається щільна безміхурова поверхнева зона. Усадкова раковина в цьому зливку найбільш розвинена. Вона круглими газовими порожнинами з'єдну­ється з атмосферою. Глибина її поширення від верхнього торця разом з крихкістю становить 37%. Запобігти окисленню металу в порожнині такої усадкової раковини неможливо, і тому вся поверхня зливка іде в обрізки.

Під час збільшення розкислення напівспокійної сталі зростають також її неоднорідність, механічні властивості та якість поверхні заготовок. Однак при надмірному розкисленні утворюється розвинена усадкова раковина, яка під час прокатки не зварюється.

Оптимальна структура зливка відповідає групі II розкислення. Усадкові пустоти в такому зливку заповнені оксидом вуглецю (II). Тому метал в зоні усадкової раковини не окислюється і добре зава­рюється при прокатці. Стільникові пухирці, при їх заглибленні не більш як на 3…4мм, під час нагрівання зливків перетворюються на окалину. Якщо вживати необхідних заходів, щоб запобігти утворенню розвине­них стільникових пухирців у верхній частині зливка та герметизації усадкової раковини, то напівспокійна сталь має достатньо високу якість при низьких трудових і матеріальних затратах.

Інколи до напівспокійної сталі відносять і хімічно закупорену, але це не зовсім вірно, оскільки остання - типова кипляча сталь. Під час розливання вона закупорюється (розкислюється) тільки після напов­нення виливниць. Така сталь поступається за своїми властивостями перед напівспокійною за однорідністю хімічного складу та механіч­ними характеристиками, однак переважає її за якістю поверхні злив­ка та пластичністю металу.

Напівспокійна сталь порівняно з киплячою має більшу однорід­ність, кращі механічні властивості, підвищену холодноламкість та стійкість проти старіння, містить менше неметалічних включень.

Якість зливка напівспокійної сталі збільшується разом з зростанням його маси та швидкості розливання металу. Порівняно з спокійною сталлю зберігається високий вихід придатного, вдвічі зменшується витрата феросплавів та розкислювачів, зменшуються також трудові затрати при підготовці до розливки виливниць та при розливанні сталі. Напівспокійна сталь – найбільш економічна і в багатьох випадках може використовуватись як замінник спокійної сталі (листова, арма­турна, періодичний та сортовий прокат), а в ряді випадків і киплячої.