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).
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: где N и Nср — отображают сколько элемента содержится в рассматриваемой точке, а также сколько его содержится в среднем в слитке. 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.
Большая Рнциклопедия Нефти Рё Газа
Cтраница 1
Неоднородности структуры металла в определенных условиях являются причиной его коррозии.
Так, например, наличие неметаллических включений графита в серых чугунах вызывает структурно-избирательную коррозию последних в кислых электролитах.
РџСЂРё этом разрушается металлическая РѕСЃРЅРѕРІР° чугуна — феррит — Рё сохраняется углеродный скелет.
Неравномерность концентраций твердого раствора в алюмоцинковом сплаве усиливает его коррозию, по сравнению с другими алюминиевыми сплавами. [1]
Оценка степени неоднородности структуры металла по быстроте затухания ультразвуковых колебаний во многих случаях встречает значительные трудности в связи с влиянием интерференции. [2]
От зон неоднородности структуры металла и повышенных остаточных напряжений на круговую диаграмму поступает сигнал, который в отличие от сигнала, подаваемого трещиноподобным дефектом, имеет более плавные очертания и по этому признаку может быть отсортирован. [3]
Вследствие электрохимического характера коррозии неоднородности структуры металла способствуют возникновению на пограничных участках различных электродных потенциалов, что, в свою очередь, может вызвать межкристаллитную коррозию. Теория коррозии нержавеющих сталей подробно рассмотрена Гудремоном [36] и Химушиным [23], поэтому на этом вопросе останавливаться нет необходимости. Отметим только, что межкристаллитная коррозия представляет наибольшую опасность для химической аппаратуры, так как под действием коррозионной среды разрушение металла происходит преимущественно по границам зерен и при некоторых условиях может происходить с очень большой скоростью. [4]
Таким же образом просходит электрохимическая коррозия, ввиду неоднородности структуры металла и наличия в нем других составляющих элементов.
Неоднородность структуры металла в среде электролита образует множественные микрогаль-ванические элементы, которые разрушают металл в количестве, зависящем от свойств металла и электролита. [5]
- Упругие деформации инструмента вызываются колебанием усилия резания вследствие неоднородности структуры металла обрабатываемого изделия, неравномерности распределения припуска на обработку ( отливки, поковки), недостаточной жесткостью инструмента, нерациональным соотношением длины и диаметра заготовки и расположением лезвий у многорезцовых инструментов, износом и затуплением лезвия. [6]
- В процессе формовки трубной заготовки на прессах, правки труб в экспандерах неоднородность структуры металла и аномальность в распределении неметаллических включений в исходном трубном листе, ввиду различия пластических свойств участков листа, вносит свой вклад в общую неравномерность распределения остаточных деформаций по сечению трубы. [7]
- Основной причиной многочисленного применения анодного полирования в металлографии является выявление при таком полировании неоднородностей структуры металла; оно служит также для контроля изделий, изготовляемых в промышленных масштабах. [8]
Рљ важным особенностям почвенной РєРѕСЂСЂРѕР·РёРё относится возникновение РЅРµ только микрокоррозионных пар, связанных СЃ неоднородностью структуры металла, РЅРѕ также имеющих большое значение макрокорро-зионных пар, образование которых связано СЃРѕ структурной неоднородностью почвы Рё СЃ неравномерной аэрацией отдельных участков конструкции РІ почве. Почвенная РєРѕСЂСЂРѕР·РёСЏ обусловлена одновременным протеканием макро — Рё микрокоррозионных процессов, соотношение между скоростями которых зависит РѕС‚ протяженности заложенной РІ почву конструкции. Возникновение почвенной РєРѕСЂСЂРѕР·РёРё вследствие функционирования преимущественно микроэлектрохимических пар наблюдается РЅР° объектах малой протяженности, таких, как основания вышек Рё мачт, днища резервуаров, газгольдеров Рё С‚.Рї. Почва, соприкасающаяся СЃ этими поверхностями, считается достаточно РѕРґРЅРѕСЂРѕРґРЅРѕР№, Рё РєРѕСЂСЂРѕР·РёСЏ протекает РІ РѕСЃРЅРѕРІРЅРѕРј Р·Р° счет работы микрокоррозионных пар. [9]
В зависимости от марки стали, размеров и назначения поковки подвергают термической обработке с целью устранения неоднородности структуры металла, возникшей после ковки, штамповки и охлаждения, улучшения его механических свойств и обрабатываемости резанием, а также снятия опасных внутренних напряжении. [10]
Схемы калибровки. [11] |
- В зависимости от марки стали, размеров и назначения поковки подвергают термической обработке с целью устранения неоднородности структуры металла, возникшей после ковки, штамповки и охлаждения, улучшения его механических свойств и обрабатываемости резанием, а также снятия опасных внутренних напряжений. [12]
- Макроисследования выявляют такие дефекты сварки, как непро-вары, трещины, поры, шлаковые включения, крупнозернистость основного и наплавленного металла, неоднородность структуры металла и другие. [13]
- С помощью такой методики повышается надежность испытаний на предельную пластичность, так как исследование проводится на одном образце и исключается погрешность, вносимая неоднородностью структуры металла, условиями нагрева и другими параметрами испытаний. [15]
- Страницы: 1 2 3
ПОИСК
Рис, 12,6. Совмещение двух крайних структур двойного электрического слоя и результате кристаллографической неоднородности поверхности металла и адсорбции поверхностно-активных ионов [c.
274]
Каждая металлическая поверхность, как правило, электрохимически неоднородна, т. е. отдельные ее участки имеют разный электродный потенциал и в контакте с электролитом становятся соответственно анодом или катодом (рис. 6.1).
Основными причинами электрохимической гетерогенности (неоднородности) поверхности металлов могут быть [291] [c.279]
Такое разнообразие причин электрохимической неоднородности поверхности металла свидетельствует о том, что практически всегда имеются условия (при наличии электролита) для электрохимической коррозии металлов. [c.279]
Причины возникновения электрохимической неоднородности поверхности металла могут быть самыми различными. Возникновение гальванических микро- [c.19]
Рис. 12. Макроэлементы структурной неоднородности поверхности металла трубопровода |
Кроме этого, на распределение тока и металла, по крайней мере в начале электролиза, могут оказывать влияние также состояние поверхности (активное или пассивное) покрываемого металла, неоднородность поверхности металла по составу и структуре, характер предварительной обработки ее перед покрытием и др. [c.354]
Большое значение имеет не только химическая неоднородность поверхности металла, но и его внутренняя структура, как результат [c.360]
Неоднородность поверхности металла [c.18]
В связи с неоднородностью поверхности металлов существуют участки, обладающие различной адсорбционной активностью. Одни из них могут прочно блокировать хемосорбированные час- [c.326]
Критерием правильности выбранного механизма и характера неоднородности поверхности металла является линейность одного из уравнений (2.50) — (2.55) в соответствующих координатах. [c.35]
ДЛЯ платины. Это иллюстрирует рис. 240.
Темкин и Ланг-мюр 330-332 объяснили это явление отклонения от простой лангмюровской адсорбционной теории неоднородностью поверхности металла и взаимодействием между адсорбированными атомами.
Примерно такое же явление было найдено и на иридии и родии. Ход кривых на рис. 240 также может быть приближенно передан -соотношением т] = i Г/F 1п [(1—6/9) (9о/1—0о)1 (пунктирные кривые). , [c.616]
Грани, ребра и углы кристаллов, выходящие на поверхность, имеют неодинаковые уровни поверхностей энергии, что приводит к их различной активности в адсорбционных и электрохимических процессах, т. е. к физической и химической неоднородности поверхности металла. [c.34]
Все это вместе приводит к тому, что в физико-химическом отношении отдельные участки реального кристалла отличаются в той или иной степени друг от друга.
При наличии в сплаве отдельных структурных составляющих в виде интерметаллических соединений или включений другого металла, отличного от основного, а также в присутствии окисных или другого вида пленок, физико-химическая неоднородность поверхности металла увеличивается еще сильнее. [c.85]
Однако и неоднородность поверхности металла не обязательно приводит к коррозии. Для протекания электролитического процесса необходим анод (где освобождаются электроны), имеющий электрический контакт с катодом (на котором электроны потребляются, принимая участие в образовании новых химических соединений), а также электролит, например в виде пленки атмосферной влаги или другой жидкой фазы, в которой ионы могут перемещаться, осуществляя тем самым перенос электрического тока. Анодная реакция коррозионного процесса — это процесс растворения металла. На катоде, однако, может протекать не только разряд иона металла, как было описано выше в водных растворах возможно восстановление кислорода [c.78]
Причины изменения энергии адсорбции водорода на платине — неоднородности поверхности платины — однозначно еще не установлены.
Неоднородность может вызываться разной геометрической природой адсорбционных мест (например, выступающая грань кристаллита металла) или влиянием ранее адсорбированных атомов водорода.
Соответственно говорят о географической ( биографической ) и об индуцированной неоднородности поверхности металла. [c.254]
Присутствие двух полос валентных колебаний связи платина — водород может быть, вероятно, объяснено неоднородностью поверхности металла, имеющей два типа мест, из которых один более активный, чем другой.
Однако это объяснение является несостоятельным, так как высокочастотная полоса, соответствующая связи платина — водород с большей силовой постоянной, должна принадлежать поверхностному соединению, более прочно связанному с поверхностью.
В действительности же, вещество, ответственное за появление в спектре более высокочастотной полосы, легче десорбируется с поверхности. [c.120]
Неоднородность поверхностей металлов [c.257]
Этот чрезвычайно интересный факт объясняется нами следующими основными причинами.
В условиях коррозионной усталости действующие переменные напряжения существенно увеличивают электрохимическую неоднородность поверхности металла. В этом случае, как было показано выше (см.
главу II), возникают новые коррозионные элементы, обусловленные разностью действующих напряжений на отдельных участках металла. [c.98]
Приняв во внимание энергетическую неоднородность поверхности металла (гл. I), следует допустить, что могут суш,ествовать такие области давления газа-адсорбата, в которых количество адсорбированного газа остается неизменным. Это указывало бы на то, что [c.77]
Электрохимическая коррозия на неоднородностях поверхности металла [c.260]
Решающими факторами щелочной коррозии являются высокая концеитрация щелочи при высокой температуре среды и неоднородность поверхности металла.
Решающим фактором, определяющим скорость паро-водяной коррозии, является температура поверхности металла состав котловой воды, из которой получен пар, в данном случае не играет особой роли.
Паро-водяная коррозия, получающаяся на участках поверхности нагрева паровых котлов с застоем пара и перегревом поверхности металла, часто сопровождается щелочной коррозией, так как на этих участках возможно упаривание котловой воды. [c.343]
Окислы и гидраты окислов многих металлов термодинамически более устойчивы, чем системы, построенные из металла, кислорода и воды. Поэтому большинство металлов стремится к образованию устойчивых продуктов, т. е. их соединений с кислородом и водой.
Скорость таких процессов обычно невелика она заметно увеличивается, если на металле имеются условия для поглощения и отдачи электронов, т. е. совокупность анодных и катодных процессов. Эти условия выражены тем больше, чем более неоднородна поверхность металла.
Обычно — теорию электрохимической-коррозии связывают с представлениями о работе короткозамкнутых местных элементов на поверхности металла (см. 36, 38, 62). Чем больше металл загрязнен примесями других металлов и чем более при прохождении тока, т. е.
при поляризации, потенциал этих примесей отличен от потенциала основного металла, тем больше действует короткозамкнутых элементов и с большей э. д. с. По мере растворения основного металла количество примесей на его поверхности и скорость коррозии увеличиваются (см. рис. 171). [c.330]
На поверхности металла, подвергнутого холодной обработке, имеется неоднородный слой аморфного характера в виде твердого уплотненного вещества. На поверхности реального трубопровода обнаруживаются окалина, ржавчина, остатки сварных флюсов, масляные и другие загрязнения. Резко выраженная неоднородность поверхности металла ускоряет развитие процессов коррозии. [c.55]
Добиться прочного сцепления противокоррозионного покрытия с неоднородной поверхностью металла, на которой имеются окалина и ржавчина, практически невозможно.
Покрытие, нанесенное на ржавую поверхность, не обеспечивает длительную защиту, так как в микротрещинах слоя окалины и рыхлом слое ржавчины остаются влага и воздух.
В этих местах под покрытием процесс коррозии не будет приостановлен, потому что имеются все условия для развития процесса коррозии. [c.56]
Электрохимическая коррозия возникает в результате неоднородности поверхности металла и образования множества анодных (с более электроотрицательным потенциалом а) и катодных (с более положительным электродным потенциалом ек) участков. Причинами электрохимической неоднородности (гетерогенности) поверхности металла (возникновения катодных и анодных участков) являются неоднородность металла (наличие [c.18]
Соотношений (1) (со значением ].1о =Иог + г)> (4). (5) и (8) достаточно для нахождения кинетических уравнений процессов (I) — (IV), полагая их идущими с любым количеством медленных стадий на однородных или равномерно неоднородных поверхностях металлов . [c.248]
Приведенное выше применение феноменологической части теории абсолютных скоростей реакций к одностадийному и двухстадийному скорость-определяющим механизмам выделения и ионизации кислорода, идущим на однородных и равномерно неоднородных поверхностях металла, в предположении, что при адсорбции реагирующих и получающихся веществ системой производится равновесная работа является вполне общим и может быть распространено не только на другие механизмы выделения и ионизации кислорода, но и на любые скоростьопределяющие электрохимические процессы, идущие с участием адсорбированных частиц одного сорта в средах, имеющих любой состав. Распространение развитых положений на процессы, идущие с участием адсорбированных частиц более чем одного сорта, будет дано в последующих сообщениях. Ниже, в таблице, приведены стационарные значения химических потенциалов радикалов кислорода вО всех рассмотренных случаях. [c.254]
На однородных участках равномерно неоднородной поверхности металла, имеющих темкинский индекс 5 [2], при достаточно сильном взаимодействии сорбента и сорбата все указанные поверхностные соединения полагаются адсорбированными по изотерме Ленгмюра. Кроме того, предполагается, что между адсорбированными соединениями и составляющими их. адсорбированными радикалами Н, ОН, А, Ov К,К на всей поверхности имеется термодинамическое равновесие. [c.255]
Таким образом, процесс электрохимической коррозии объясняется неоднородностью поверхности металла. Коррозия рассматривается как результат процессов, протекающих на анодных и катодных участках, причем непременным условием считается пространственное разделение указанных участков поверхности металла. [c.27]
Субмикроскопиче-ская (атомарная) неоднородность поверхности металла [c.189]
Кроющая способность зависит от условий электролиза, природы покрываемого металла, состояния его поверхности (пассивное или активное), неоднородности поверхности металла по составу и структуре, характера предварительной обработки электродов перед покрытием и др.
Она характеризует полноту покрытия, так как толщина слоя ие принимается во внимание. На рис. 5 схематично показана разница между кроющей и рассеивающей способностями электролита на электроде в ячейке Хулла. Рассеивающая способность представлена как отношение e /6i, где 62 — толщина покрытия в середине катода, а 61 — на краю катода.
Кроющая способность t определяется как величина покрытой поверхности катода в ячейке Хулла. В качестве меры кроющей способности иногда принимают ту минимальную плотность тока, при которой только начинается осаждение покрытия.
Для изучения кроющей способности используют угловые катоды с различными углами и длинами углов, щелевые катоды, шлицевые ячейки, Ячейки Хулла или перфорированную шкалу Пэиа, [c.29]
В обоих указанных случаях поверхность корродирующего металла представляет собой совокупность множества микро- и субмикро-гальванопар, которые возникают при соприкосновении неоднородной поверхности металла с электролитом,— получается многоэлектродная электрохимическая система. В результате одновременной деятельности этих микро- и субмикрогальванических элементов и протекает коррозия основного металла.. [c.359]
Причинами энергетической неоднородности поверхности металла и сплава могут быть неоднородность сплава по химическому и фазовому составам, наличие примесей в металле, пленок Рис. VIII. 1. Схема электро- поверхности И Др. На поверх- [c.230]
Заканчивая краткий обзор теоретических представлений о механизме КР, можно заключить, что хотя еще не создана единая теория КР, большинство случаев КР в электролитах можно объяснить на основе механо-электрохимических представлений.
В начальный период основную роль в возникновении первичной трещины играет хемосорбционное взаимодействие активных ионов среды на каких-то отдельных неоднородностях поверхности металла.
Дальнейшее развитие трещины идет при непрерывном возрастающем влиянии активации анодного процесса механическим растяжением решетки в зоне острия трещины.
Эта активация особенно велика, если исходное состояние металла соответствует пассивному состоянию, а наложение растягивающих усилий приводит к местной активации в вершине трещины. В конечный период нарастают механические разрушения и разрыв происходит при превалировании механического фактора. [c.68]
По наклону изотермы можно вычислить величину разности между макси мальиой и минимальной энергиями адсорбции AG=fRT, характеризующей энер гетическую неоднородность поверхности металла. По данным [44, 45], для желе- за в соляной кислоте величина fRT составляет 6—8 кДж/моль. [c.24]
При исследовании окисления пропилена на платине Бутягин и Елович [15] показали, что поверхность платины, покрытой кислородом, также поглощает пропилеи, и скорость этого процесса подчиняется такому Hie закону.
При откачке только часть этилена снимается с серебра, а значительная доля сорбированного этилена вступает с кислородом поверхности в прочную связь. Энергия активации суммарного процесса очень мала и составляет 2—3 ккал1молъ.
В случае сорбции иа металле, покрытом кислородом, резко проявляется неоднородность поверхности металла, вероятно, вследствие [c.47]
Качество изоляционного покрытия во многом определяется состоянием поверхности защищаемого металла. Наличие окалины, ржавчины, формовочной земли, остатков сварных флюсов, масляных и других загрязнений обусловливают химическую неоднородность поверхности металла.
Это приводит к ускоренному развитию коррозионных процессов. Особенно опасно наличие несплошной окалины, которая образуется при повышенных температурах и которая состоит из безводных окислов РеО, Рез04, РегОз. Окраска и состав окалины зависят от температуры, при которой она возникает.
Если температура ниже 575° С, то окалина имеет коричнево-красный оттенок. При более высокой температуре цвет окалины темно-синий.
Окалина, образующаяся при прокате стальных цельнотянутых труб, при температуре около 500° С, почти не содержит РеО, а поэтому в коррозионном отношении она оказывается более стойкой и обладает защитными свойствами.-Однато защитное действие окалины может проявиться только в случае ее полной непрерывности.
Последнее условие практически невыполнимо, так как при превращении железа в РегОз происходит увеличение объема в 2,16 раза. Следствием этого является возникновение внутренних напряжений в слое окалины, которые в свою очередь обусловливают появление трещин, пузырей и разрывов в слое окалины.
Разрывы в пленке окалины образуются также при механических и термических воздействиях. Благодаря несплошности окалины стальное сооружение, находящееся в контакте с электролитом, подвергается электрохимической коррозии, так как поверхность, покрытая окалиной, оказывается катодом, а металл в дне трещины анодом. [c.96]
Большое значение имеет не только химическая неоднородность поверхности металла, но и его внутренняя структура, как результат той или иной механической обработки металла. Например, при контакте двух участков металла — деформированного и недеформирован-ного—может возникнуть коррозионная гальванопара, в которой анодом служат деформированные участки . [c.380]
Проблемы и решения структурной неоднородности (полосчатость), ее причины появления
На практике стали в отличие от идеальных — неоднородны и несовершенны как по составу, так и по своему строению: макро-, микро- и тонкой структуре.
Величина, характер и степень равномерности распределения этих несовершенств и определяет свойства реальных сплавов, их поведение в процессах обработки, их прочность и работоспособность в конкретных условиях службы деталей.
Схематично неоднородность состава и несовершенства строения кристаллов и кристаллитов можно разделить на два вида: биографические и обработки.
Биографические несовершенства, прежде всего, связаны с исходным составом сплава и условиями его кристаллизации.
Наиболее ярким примером такого несовершенства в реальных сталях является зональная и особенно дендритная ликвация, под которой понимается химическая неоднородность сплава в пределах одного кристалла (кристаллита).
Большинство элементов в стали, включая углерод, ликвируют от оси дендрита к междуосным пространствам. Совместная ликвация элементов-примесей может и усиливать и ослаблять степень дендритной химической неоднородности легированных сталей.
Для потребителя стали важна не столько сама междендритная неоднородность стали, а связанная с ней полосчатость структуры, строчечное расположение отдельных ее составляющих (неметаллических включений, карбидов), анизотропность механических свойств деформированной стали.
Степень анизотропности оценивают по величине отношения значения того или иного свойства (ув, ут, д, ш, ан), определенного при испытании образцов, вырезанных в направлении прокатки, к тем же характеристикам, определенным на образцах, вырезанных поперек направления течения металла.
Чем сильнее загрязнена сталь неметаллическими включениями (особенно нитевидной формы), чем больше в ней содержится карбидов, нитридов и других труднорастворимых соединений, тем ниже оказываются механические свойства стали в поперечном направлении.
Несовершенства обработки также могут влиять на развитие полосчатости в стали. Несовершенства обработки могут быть связаны с:
— процессами нагрева — аустенизации, гомогенизации и т.д.;
- — с условиями охлаждения;
- — с процессами стабилизации сплава (отпуском, старением, коагуляцией карбидной фазы);
- — со специально создаваемой химической или физической неоднородностью
Высокотемпературный нагрев — гомогенизация — в известной мере устраняет химическую неоднородность стали в пределах кристалла. Вместе с тем аустенизация, гомогенизация может приводить и к диаметрально противоположному процессу — к появлению неоднородности состава в микрообъемах при наличии в стали малых количеств поверхностно активных относительно железа (горофильных) элементов.
Происходит образование концентрационной неоднородности в объеме зерна. С обогащением его граничных или межблочных зон каким-либо элементом или элементами, характерной особенностью которых является значительная разница в величинах их атомных радиусов, по сравнению с атомным радиусом растворителя (в стали — железа является проявлением внутренней адсорбции сплава.
Перераспределение отдельных легирующих элементов (или примесей в объеме зерна при нагреве стимулируется способностью чужеродных атомов понижать избыточную энергию структурных неоднородностей.
Особенно заметное влияние на свойства сплава оказывает внутренняя адсорбция тогда, когда в результате уменьшения поверхности грани: (например, при росте зерна аустенита в процессе высокотемпературное нагрева) концентрация горофильного элемента превзойдет (при выдержке или в процессе последующего быстрого охлаждения) предел растворимости.
В этом случае становится возможным локальный распад твердое раствора с выделением дисперсных частиц избыточной фазы, хотя усредненный состав сплава еще далек от достижения предела растворимости.: Ванадий и ниобий являются элементами поверхностно активными относительно железа.
Концентрационную неоднородность стали в микрообъемах нередко удается наблюдать при металлографическом исследовании с применением обычного или специальные методов травления. Обогащение границ зерен горофильными элементами, снижающими их поверхностную энергию, оказывает, согласно В.И. Архарову, огромное влияние на диффузионную способность стали и на уровень механических и химических свойств сплава в целом. [10, с.52]
В процессе горячей обработки давлением слитка его дендритная структура разрушается и дендриты вытягиваются в направлении деформации. Междендритные пространства, содержащие большое количество примесей и неметаллических включений, также деформируются и образуются характерные волокна.
Такое строение, называемое полосчатостью, влияет на механические свойства, главным образом на ударную вязкость; она выше в продольном направлении и ниже в поперечном направлении (по отношению к направлению течения металла при прокатке). В меньшей степени подобная полосчатость влияет на пластичность (относительное удлинение и сужение).
Прочность и твердость не зависят от полосчатости. [11,с.80]
Считалось, что применение контролируемой прокатки приводит к снижению производительности и к развитию текстурованного феррита, что способствует анизотропии свойств проката. Интенсивность такой анизотропии усиливается деформацией в феррито-аустенитной двухфазной области, таким образом, исключение этой операции могло привести к дальнейшему улучшению свойств.
При производстве стали 10Г2ФБ существует проблема получения минимального разброса свойств по длине полосы и нормируемого значения показателя ут/ув0,90. Большая однородность свойств обеспечивается, во-первых, стабильным фазовым составом стали в различных участках полосы и, во-вторых, одинаковой величиной дисперсионного упрочнения.
Для получения однородного фазового состава металла температура окончания прокатки (Ткп) должна соответствовать нижней части аустенитной области на всех участках полосы.
Перспективной можно считать структуру игольчатого феррита, обусловливающую высокую прочность вследствие увеличения количества дислокаций и формирования субструктуры, доля дисперсионного упрочнения при этом несколько снижена.
Такая структура стати формируется при пониженных значениях Тсм, соответствующих бейнитной области ТКД (< 600 °С), когда выделяются мелкодисперсные карбонитриды, а возможности их роста ограниченны. Таким образом, получению равномерного уровня дисперсионного упрочнения по длине полосы способствует применение дифференцированной температуры смотки по длине полосы при обеспечении стабильного фазового состава, особенно в концевых участках полосы.
Наиболее эффективными средствами борьбы с анизотропией механических свойств на металлургическом заводе является совершенствование технологии производства стали и гомогенизация проката, обеспечение равномерного распределения карбонитридной фазы по длине проката для стали 10Г2ФБ.
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.