Производство черных и цветных металлов
Дипломная работа - Разное
Другие дипломы по предмету Разное
?мо основных компонентов, в каждом сплаве всегда имеются в небольших количествах посторонние химические вещества - металлические или неметаллические. Эти вещества в большинстве случаев нежелательные и называются примесями.
Кристаллизация слитка спокойной стали сопровождается окислением примесей, их перераспределением по объему слитка и другими процессами. Совокупность всех процессов, в конечном iете, и определяет качество слитка стали. Образование структурных зон в слитках. Обычно слиток спокойной стали характеризуется наличием следующих зон (Рис. 32):
поверхностный слой (1) мелких кристаллов; зона (2) столбчатых кристаллов; внутренняя зона (3) различно ориентированных кристаллов; конус осаждения (4) из мелких неориентированных кристаллов внизу слитка; мост (5) плотного металла в верхней части слитка из хорошо сформировавшихся неориентированных кристаллов.
В верхней прибыльной части слитка сосредоточена усадочная раковина (6). Многообразие процессов, протекающих при затвердевании реального слитка, и сложность их изучения приводят к тому, что, несмотря на многолетние усилия отечественных и зарубежных металлургов, всеобъемлющая теория кристаллизации слитка спокойной стали отсутствует. До сих пор в литературе обсуждают две противоположные теории кристаллизации стали; теорию объемной кристаллизации и теорию последовательной кристаллизации стали.
Д. К. Чернов в своих классических работах первый высказал мысль о последовательной кристаллизации металла в изложницах. Теория объемной кристаллизации, предложенная Г. Тамманом, основывалась на проведенных им исследованиях с малыми количествами органических веществ (салола, бензофенола, пинерина) и на единичных опытах с легкоплавкими металлами. Выведенные при этом закономерности без достаточных оснований были перенесены на процесс кристаллизации стальных слитков.
Согласно теории объемной кристаллизации стали - металл кристаллизуется одновременно во всем объеме из-за присутствия в нем центров кристаллизации либо в виде посторонних твердых примесей, либо в виде самопроизвольно (спонтанно) возникающих зародышей этого металла. Образовавшиеся изолированные кристаллы в силу разности плотностей твердой и жидкой стали падают вниз в виде дождя кристаллов.
Рис.32 Строение слитка спокойной стали
1 - слиток опрокинут через 55 мин; 2 - через 75 мин; 3 - через 105 мин после конца разливки; I, II, III - границы распространения радиоиндикаторов, введенных в контрольный слиток соответственно в те же момент
Теорию объемной кристаллизации спокойной стали долгое время поддерживали многие металлурги для объяснения образования в слитках конуса осаждения. Однако объемная кристаллизация металла в изложницах невозможна, так как требует глубокого переохлаждения, не наблюдаемого при затвердевании реальных слитков. Образование структурных зон в слитке необходимо рассматривать с позиций последовательной кристаллизации с учетом современных представлений о механизме возникновения и роста кристалла.
При заливке горячего металла в холодную изложницу находящийся в контакте с ней слой металла охлаждается, и в нем начинается обильное образование зародышей. Центрами кристаллизации являются и многочисленные выступы, имеющиеся на поверхности изложницы. Зародыши, образовавшиеся в рассматриваемой зоне, растут сначала по дендритному механизму с образованием поверхностной зоны неориентированных кристаллов. С увеличением толщины этой зоны, а также в связи с появлением газового зазора между стенкой изложницы и затвердевшим металлом отвод тепла от затвердевающего металла ухудшается и интенсивность образования новых зародышей резко снижается. Часть имеющихся благоприятно ориентированных кристаллов, т. е. кристаллов, главная ось которых растет в направлении, обратном отводу тепла (перпендикулярном к поверхности изложницы), получает преимущественное развитие. Кристаллы с другой ориентацией главных осей относительно поверхности отвода тепла быстро выклиниваются. Поэтому с увеличением расстояния от стенки изложницы в глубь металла число зерен на единицу площади уменьшается, пока не останутся только благоприятно ориентированные кристаллы, образующие при своем росте, зону столбчатых кристаллов. Развитие столбчатых кристаллов с хорошо выраженной дендритной структурой возможно только при наличии примесей и известного переохлаждения вблизи растущих граней дендритов. Отсутствие экспериментально зафиксированного переохлаждения в микрообъемах слитка не отрицает наличия переохлаждения в указанных микрообъемах и служит лишь доказательством невозможности объемной кристаллизации с выпадением кристаллов в виде дождя.
Примеси, присутствующие в спокойной стали, оказывают двоякое влияние на развитие столбчатой структуры. С одной стороны, как уже неоднократно отмечалось, именно присутствие примесей обеспечивает условия образования хорошо развитых дендритов. С другой стороны, повышение их концентрации в жидком металле перед фронтом кристаллизации непрерывно снижает температуру ликвидуса и устраняет переохлаждение, без которого невозможно образование дендритов.
Поэтому при относительно большой степени ликвации примесей столбчатые кристаллы могут расти лишь до определенного момента, когда значительное снижение температуры ликвидуса не снимет переохлаждения металла перед фронтом дендритов. Если содержание ликвидирующих примесей отно