• +7 (495) 730 31 40

    Контакт с администрацией портала

  • Новости

  • Аналитика

  • Публикации

  • Госты

  • Металлургический калькулятор

  • Металлургический справочник

  • Конференции

  • Полезные материалы

  • Списки

  • Индекс цен

  • Индекс цен LME

Химическая неоднородность

Для определения химической неоднородности в слитке чаще всего пользуются терминами-синонимами: ликвацией и сегрегацией. Первыми учеными, которым удалось обратиться внимание на то, что стальные слитки являются неоднородными с химической точки зрения, стали Калакуцкий Н.В. и Лавров А.С. А такое открытие было сделано ними в 60-х года 19-го века.
Сталь – жидкость, состав которой представлен многочисленными компонентами. Для того, чтобы она перешла в твердое состояние требуется соблюдение определенного температурного режима. Отмечается, что в последних сформированных кристаллах наблюдается наличие большего количества примесей, в сравнении с первыми.

Если рассматривать обычные примеси, то наличие максимальной склонности к ликвации характерно для углерода, кислорода и серы, в минимальной – для марганца и кремния. То, как примеси в процессе затвердевания реальных слитков будут распределены между твердой и жидкой фазой, зависит от конвективного движения металла, поверхностных качеств самих примесей и т.п. К примеру, если состав примесей представлен никелем и хромом, то происходит существенное снижение ликвации примесей. Но на данный момент не представляется возможным количественное определение того, как примеси взаимно влияют на химическую неоднородность.

Стальной слиток характеризуется дендритной химической неоднородностью (микросегрегацией) и зональной химической неоднородностью (макросегрегацией). Для определения дендритной сегрегации фосфора и сферы могут быть использованы сернистые отпечатки, которые присутствуют на отшлифованном темплете слитка (рис.1).


Дендритная ликвация

Рисунок 1 - Дендритная ликвация в 6-т слитке стали 15
(сернистый отпечаток, 1 : 1)

В данном случае более темными и будут участки, где присутствует повышенная концентрация примесей. Для определения количественного выражения химической неоднородности используется такое отношение:

Химическая неоднородность - формула
где N и Nср — отображают сколько элемента содержится в рассматриваемой точке, а также сколько его содержится в среднем в слитке.

Зональная неоднородность
Рисунок 2 - Зональная неоднородность в слитке спокойной стали:
1 - Ʌ образная ликвация «усы»; 2 – V – образная ликвация; 3 – отрицательная ликвация

Тело слитка спокойной стали в большинстве случаев характеризуется наличием двух зон положительной сегрегации и одной зоной отрицательной (рис. 2). При этом отмечается совпадение зоны отрицательной сегрегации с конусом осаждения. Для зоны положительной сегрегации характерно наличие V-образной осевой и Λ-образной внеосевой ликвации («усов»).

  При этом территориально такая зона находится между столбчатыми кристаллами и равноосными кристаллами. Максимальная концентрация примесей характерна для прибыльной части усадочной раковины, где наблюдается концентрация последних порций загрязненного металла.

Усы в большинстве случаев формируются в результате того, что при затвердевании слитка образуются микроскопические пузырьки газа.

Кроме того, ус рассматривается в качестве следа, оставленного со стороны примесей, которые оторвались от пузырька, когда тот проходил через жидкий объем металла. Учитывая то, что размеры пузырьков являются достаточно малыми, скорость, с которой они поднимаются, также является малой, следовательно, происходит их отклонение к центру, а каждый ус получает определенный наклон.

V-осевая неоднородность металла объясняется со стороны подавляющего числа металлургов наличием усадки металла. По мнению С.С. Штейнберга, рыхлости и скопления примесей в пределах осевой зоны происходят по той причине, что они продолжают усадочную раковину. В.М. Тагеевым было высказано предположение, что примеси скапливаются на основании того, что осуществляется их местное перераспределение в случае усадочного перемещения жидкого металла.

Необходимо отметить связь зоны отрицательной сегрегации с процессом, когда формируется конус осаждения при сползании кристаллов вниз. На основании того, что такие кристаллы растут медленно, учитывая конвективные потоки, можно говорить о том, что содержание ликвирующих примесей в них будет минимальным. На основании информации, полученной при исследованиях и во время производственного процесса, представляется возможным определение способов, позволяющих снизить химическую неоднородность стальных слитков.

Уменьшение развития осевой V-образной сегрегации представляется возможным, если будет увеличена конусность и поперечное сечение слитка, поскольку это приводит к улучшению подпитки находящегося в стадии затвердевания металла. Уменьшение Λ-образной внеосевой сегрегации представляется возможным при уменьшении поперечного сечения слитка, а на основании конструкции изложницы происходило обеспечение довольно быстрой последовательной кристаллизации.

 В результате того, что в изложницы вводятся искусственные центры кристаллизации, затвердевание слитка стали происходит более интенсивно, а химическая неоднородность развивается более медленно.

Возврат к списку