Затвердіння й будівля  сталевих злитків

      Спосіб  розливання стали в виливниці  й стан металу в процесі розливання й затвердіння істотно впливають  на властивості стали. Будівля злитка визначається не тільки умовами охолодження, але і ступенем розкислення. За цією ознакою стали поділяються на киплячі, спокійні і напівспокійні.

      Киплячої  називають сталь, що не цілком розкислена в печі. Її розкислення продовжується  в виливниці за рахунок взаємодії  оксиду заліза Fe із вуглецем. У результаті виділяється оксид вуглецю З у виді газу. Через реакцію вуглецю з киснем на фронті затвердіння утвориться окис вуглецю. При цьому формуються чистий поверхневий шар (щільна кірка) і серцевина, збагачена домішками (зона ліквації) - інтенсивне виділення газу аж до повного затвердіння запобігає зосереджене зменшення обсягу в середині верхньої (головний) частини злитка. Зменшення обсягу (усадочна раковина) обумовлюється неоднаковим питомим обсягом стали в рідких і твердому агрегатних станах. У киплячій сталі раковина розподілена у формі газових міхурів (пір) по всьому обсязі злитка. При наступній гарячій обробці тиском газові міхури заварюються, тому що вони майже не забруднені. Це позитивно позначається на виході придатного металу. Ще одною перевагою є чиста поверхнева зона, що задовольняє високим вимогам до якості поверхні. З метою зменшення усадочної раковини в злитках виливниці виготовляють з утепленою надставкою.  Недоліком є збагачення елементами-домішками (ліквація): вуглецем, фосфором, сіркою, азотом і киснем в осьовій зоні, особливо у верхній частині злитка. Це приводить до нерівномірності властивостей матеріалу по висоті злитка і по його поперечному перерізі. Ще одним недоліком є підвищена схильність до тендітного руйнування, тому що азот зв'язати не вдається.

      Для усунення перерахованих недоліків киплячої сталі при розливанні спокійної сталі забезпечують істотне зменшення змісту кисню й елементів, що мають спорідненість із киснем, що перераховані вище. Оскільки такі елементи як: алюміній, титан, ванадій і цирконій одночасно володіють і високою спорідненістю до азоту, тим самим одночасно досягається і зниження схильності до тендітного руйнування.

      Несприятливий вплив можуть зробити оксиди, що утворяться при зв'язуванні кисню, що, якщо їхній не видалити з розплаву, перетворюються в неметалічні включення і при достатній концентрації можуть обмежити використання матеріалу через утворення не суцільний у ньому. Оскільки в результаті ерозії вогнетривкого матеріалу в сталь попадають додаткові (екзогенні) неметалічні включення, зменшенню їхнього змісту шляхом виділення варто приділяти особливу увагу. При продувці рідкої трубної сталі аргоном досягається зниження змісту неметалічних включень у ній. Ще залишаються неметалічні включення виділяються в процесі затвердіння, особливо в підповерхневій зоні, що може несприятливо позначитися на якості поверхні. Однак і по всій довжині злитка і, особливо, у верхній його частині (,де кінчається усадочна раковина) можливо збагачення неметалічними включеннями. Ще одним недоліком спокійних сталей є зосереджене зменшення обсягу у верхній частині злитка, що знижує вихід придатного. При використанні виливниць, обладнаних у верхній частині прибутковими надставками що ізолюють тепло, це зменшення виходу придатного може бути у відомій мері компенсовано.  

Мал. 3 Схематичне зображення злитків сталей

а - киплячої, б - спокійної, у - напівспокійної 

      Спокійну  сталь одержують при повному  розкисленні металу в печі й ковші (мал. 3, б). Така сталь затвердіє без  виділення газів, у злитку утвориться щільна структура, а усадочна раковина концентрується у верхній частині, що значно зменшує вихід придатного.

      Крім  цих основних способів розливання, можна одержати проміжні стани при  затвердінні шляхом цілеспрямованого регулювання змісту кисню. У такому випадку виходить напівспокійна або механічно закупорена сталь. У результаті досягається краща якість поверхні, чим у спокійної сталі, і більш рівномірний розподіл елементів, що ліквірують, чим у киплячій сталі. Отримані таким способом стали застосовні, однак, тільки для деяких визначених цілей.

      Якщо  зазначені забруднення (продукти розкислення  й частки вогнетривкого матеріалу) не вдається усунути цілеспрямованими заходами з рідкої сталі, відповідні дефекти необхідно виявляти методами контролю, що не руйнує, і видаляти ретельною  ад’юстажною обробкою прокату.

      Напівспокійна сталь виходить при розкисленні  феромарганцем і недостатньою кількістю  феросиліцію або алюмінію. У цьому  випадку злиток не має концентрованої усадочної раковини, у нижній частині  він, звичайно, має будівлю спокійної, а у верхньої — киплячій сталі (мал. 3, в). Така сталь по якості і вартості є проміжною між киплячою й спокійною.

Висновок

      Людина  з най раннього віку звикає до навколишнім  його металевих предметів домашнього побуту, не зауважує їх і не задумується, відкіля вони беруться.

      Дамаські  й булатні сталі відомі з II-III століть  н.е. Майже усі світові культури їх використовували. Технологією її виготовлення володіли кельтські й  саксонські племена. Мечі вікінгів демонструють складну структуру візерунка. Одна з вищих форм такої сталі вироблялася в Японії. Загальновідомі дамаські клинки із Середньої Азії, Златоустівські клинки з Росії, де існувало їхнє масове виробництво. Однак не усі з цих клинків могли рубати залізо (цвяхи, прутки), деякі могли гнутися в дугу, а те і навколо пояса. Метал знаменитих дамаських клинків мав більш високий зміст вуглецю, чим більшість сучасних сталей. Після митецького кування дамаська сталь здобувала виняткову міцність, в'язкість і характерний візерунковий малюнок. Дотепер залишається загадкою, як виготовляли дамаську сталь. Сьогодні, використовуючи високі технології, металурги намагаються зробити сталь, схожу по властивостях на дамаську, але поки їхні зусилля марні, хоча з кожним роком якість одержуваної сталі і техніко-економічних показників її виробництва поліпшуються.

      Майбутнє  людства тісно зв'язано з використанням  нових сплавів на металевій основі. Метал – фундамент сучасної цивілізації, основа основ технічного прогресу. І чим вище піднімається людство  по ступінях розвитку, тим більше воно має потребу в металах.

Список  літератури 
 

1. Воскобойников  В.Г., Кудрин В.А., Якушев А.М. Общая  металлургия М.:«Металлургия», 4 издание, 1985г.

2. Воскобойников  В.Г., Макаров Л.П. Технология и  экономика переработки железных  руд, М.: «Металлургия», 1977г., 255с.

3. Глинка Н.Л.  Общая химия, Издание двадцать  третье.

4. Гуляев А.П.  Металлургия, 1966 г.

5. Дворин М.Д., Дмитриенко В.В., Крутикова Л.В.  и др. Системы технологий отраслей  народного хозяйства: Учебное  пособие. Хабаровск: Изд-во ХПИ, 1991г.

6. Жадан В.Т., Гринберг Б.Г., Никонов В.Я. Технология металлов и других конструкционных материалов, Издание второе.

7. Кудрин В.А.  Металлургия стали М.: «Металлургия», 1981г., 485с.

8. Медоваров  Б.И. Металлургия: вчера, сегодня,  завтра, К.: «Наукова думка», 1986г.

9. Основы металлургического  производства (черная металлургия)  М.: «Металлургия» 1988г.

10. Основы технологий  важнейших отраслей промышленности./ Под ред. И.А. Сидорова: Учебник  для экономических специальностей  ВУЗов: - М.: «Высшая школа», 1971г.

11. Основы технологий важнейших отраслей промышленности часть 1-ая./ под ред. И.В. Ченцова:– Минск: «Высшая школа», 1989г.

12. Технология  металлов и конструкционные материалы  /под ред. Б.А. Кузьмина –  М.: «Машиностроение», 1981г.

13. Энциклопедия  «Радость познания», Том 1 «Наука и вселенная» М.: «МИР» 1983г.