Дефекты исходного материала

Стальной слиток — кристаллическое тело неоднородное по плотности, неметаллическим примесям, химическому составу и строению. Неоднородности слитка могут быть физиче­ские, кристаллические и химические. Они ухудшают качест­во стали, а иногда являются причиной брака в прокатном производстве.

К физической неоднородности относят усадочную рако­вину, газовые пузыри и неметаллические включения. Кри­сталлическая неоднородность слитка вызвана условиями его затвердевания. К химической неоднородности слитка относят цокольную, объемную и дендритную ликвации.

Уменьшение объема жидкого металла при охлаждении приводит к образованию так называемой усадочной рако­вины (см. рис. 54), которая образуется в центре слитка, в верхней его части. Усадочная раковина может быть не­больших размеров, может быть вытянута вдоль слитка на большую глубину, имеет различную форму, может быть со­средоточена в одном месте или рассеяна. Для борьбы с усадочной раковиной применяют специальные утепленные керамические надставки — прибыли, которые затем среза­ют вместе с раковиной. После прокатки слитка отрезают конец полосы, соответствующий протяженности усадочной раковины. Чем больше усадочная раковина, тем больше металла идет в обрезь и тем меньше выход годного. При прокатке качественной и легированной стали обрезь дости­гает 20 % и более массы слитка.

Кроме усадочной раковины, в слитке могут образовать­ся следующие дефекты.

Усадочная рыхлость — мелкие пустоты, скапливающие­ся в центре слитка, причиной которых является также не­равномерное охлаждение и уменьшение объема слитка при охлаждении.

Ликвация — химическая неоднородность слитка, т. е. неравномерное распределение вредных примесей по сече­нию слитка. Она вызывается неравномерностью кристалли­зации. Вначале кристаллизуются зерна, содержащие меньше серы, фосфора, повышающих температуру плавления. В кристаллах, затвердевающих позднее, этих примесей зна­чительно больше. Химическая неоднородность отрицатель­но влияет на механические свойства металлов.

Газовые пузыри (раковины)— пустоты внутри слитка. Они образуются вследствие растворимости газов в жидком металле и располагаются по длине слитка под коркой и иногда выходят на поверхность. При прокатке газовые пу­зыри обнажаются и могут быть причиной брака. На гото­вом прокате образуются волосовины, похожие на трещины, иногда довольно глубокие. При прокатке листовой стали пузыри приводят к браку в виде изъеденной поверхности листа.

Трещины бывают наружные, внутренние, продольные и поперечные. Причиной трещин является неравномерность охлаждения металла. При заливке очень горячей стали в изложницы трещин получается больше.

Плены — приварившиеся капли стали, возникающие вследствие разбрызгивания металла при разливке в излож­ницы.

Неметаллические включения могут быть в виде частиц шлака, попавших в изложницу из ковша вместе с металлом и не успевших всплыть кверху при застывании металла в виде химических соединений (Al₂O₃; SiO₂; MnO, FeO), об­разующихся при раскислении стали в ковше, а также соединений, химический состав которых соответствует составу огнеупорных материалов, применяемых для футеровки же­лоба, ковша и поддона. Все неметаллические включения ухудшают физико-механические свойства готовых изделий (проката) и могут привести к браку. Будучи на поверхно­сти слитков, они способствуют появлению поперечных тре­щин и рванин на поверхности блюмов, слябов, заготовок и ютового проката. Неметаллические включения остаются в стали после прокатки.

При раскислении стали (введении избыточного количе­ства раскислителей) создается недостаток кислорода. Вследствие перераскисления металла получается избыток газов, которые не успевают выделиться из слитка и обу­словливают его рост.

При сифонной разливке, если скорость разливки недо­статочна или изложницы высокие и узкие, металл в верх­ней части изложницы быстро остывает и густеет. Газы, на­ходящиеся в это время в металле, не могут выйти наружу, в результате чего происходит вспучивание верхней поверх­ности слитка с образованием нароста с поперечными рубцами, который называют рослостью.

В случае недостатка раскислителей в стали остается много несвязанного кислорода, который вызывает вспени­вание металла в изложнице. При последующем более быст­ром застывании периферийных слоев слитка центральная часть его подвергается усадке.

Если сталь разливают при высокой температуре, то в ней будет содержаться большое количество газов. Металл, находящийся у стенок изложницы, быстро остывает из-за отдачи тепла стенкам изложницы. В результате образуется корка металла, не поддающаяся усадке. Осевая часть слит­ка, более насыщенная газами, продолжает уменьшаться в объеме и опускается, вследствие чего верхняя часть слитка получается с большой усадкой в середине (такой порок на практике называют голенищем).

Рослость и усадка слитков приводят к увеличению рас­хода металла на обрезь и расслоению переднего конца при прокатке на обжимных станах.

К поверхностным дефектам слитков относят плены, поперечные и продольные трещины, поверхностные шлаковые включения, завороты, свищи, поры и др. Все эти дефекты связаны с качеством изложниц, скоростями разливки и ох­лаждения стали.

Дефекты блюмов, слябов и заготовок разделяют на две группы: а) дефекты литейного происхождения, которые обусловлены какими-либо дефектами слитков; б) дефекты прокатного происхождения, причинами которых являются нарушения в технологическом процессе прокатки полупро­дукта.

К дефектам блюмов, слябов и заготовок относят в пер­вую очередь нарушения целостности металла, трещины, во­лосовины, рванины, скворечники, закаты и др.

Причиной образования поверхностных нарушений це­лостности металла являются дефекты слитков: трещины и рванины, газовые пузыри, плены и завороты, неметалличе­ские включения, транскристаллическая структура, а также собственно процесс прокатки (величина обжатия за проход, система калибровки, температура, скорость прокатки и др.).

Волосовины в отличие от трещин представляют собой мелкие наружные трещины, вытянутые обычно в направле­нии прокатки. Причиной их образования являются подкор­ковые пузыри, если они близко расположены к поверхности слитков и если нагрев и деформация приводят к выходу этих дефектов на поверхность прокатываемого металла.

Рванины на поверхности блюмов представляют собой разрывы (надрывы) металла разнообразного очертания. Они часто переходят в скворечники — крупные разрывы, идущие от поверхности внутрь (рис. 56). Причиной образо­вания скворечников является быстрый и неравномерный нагрев, при котором могут получаться поперечные трещи­ны, расширяющиеся и углубляющиеся при прокатке.

Закаты по внешнему виду похожи на тонкую продоль­ную трещину и представляют собой вдавленный и закатан­ный заусенец. Если же вдавливаются и закатываются всяко­го рода возвышения, то закат в этом случае похож на плену, представляющую собой тонкое плоское отслоение. Об­разуются плены от брызг при разливке стали сверху, под­корковых пузырей, плохого раскисления металла, а также от наслоения на палках и от использования сильно выработанных калибров.

Царапины (риски) на поверхности загото­вок образуются от при­менения изношенных проводок и выработан­ных калибров.

Дефекты на полу­продукте получаются при резке на ножницах (косом резе, загибе конца полосы, смятии кромок на торце, образовании заусенцев на торце). При недостаточ­ной обрезке концов на блюмах могут оставаться следы усадочной раковины и рыхлости.

Дефекты прокатного происхождения на блюмах, слябах и заготовках могут быть вызваны неправильными нагревом слитков, настройкой стана, калибровкой валков, низким качеством валковой арматуры и неправильной ее установ­кой, износом калибров, неправильными температурным ре­жимом прокатки, режимом охлаждения металла после про­катки и др.

При прокатке блюмов могут встречаться следующие де­фекты профиля (рис. 57). Блюмы ромбического сечения (рис. 57, а) получаются из-за неравномерного нагрева слит­ка; из-за смещения ручьев, при прокатке и калибре, ширина которого больше стороны задаваемого блюма, или при про­катке полосы на ребро с отношением сторон более 1,5, в особенности при малых сечениях. Подрез блюмов (рис. 57, б) возникает из-за смещения ручьев или задачи полосы на бурты. Лампасы (заусенцы) на блюмах (рис. 57, в) по­лучаются на двух противоположных сторонах в результате переполнения калибров металлом из-за недостаточного вы­пуска калибра, когда в нем производят несколько проходов. Блюмы-свертыши (рис. 57, а) получаются из-за смещения ручьев, перекоса валков, задачи полосы на бурты и нерав­номерного нагрева слитка. На образование свертышей мо­жет влиять выпуск калибров и обжатие. Разносторонность (рис. 57, д) и выпуск боков (рис. 57, е) происходит от не­равномерного зазора по крайним буртам валков.

При прокатке заготовок (на непрерывных заготовочных станах) могут быть следующие дефекты профиля (рис. 57).

Односторонний лампас (рис. 57, ж) образуется из-за несимметричной установки вводных проводок по отношению к вертикальной оси калибра. Двусторонний лампас (рис. 57, з) получается из-за переполнения калибра металлом. Подрез заготовок (рис. 57, и) образуется при смещении ручьев калибра, а также при недокантовке полосы, задава­емой в данный калибр. Невыполнение горизонтальных уг­лов у заготовки (рис. 57, к) наблюдается в том случае, если металл в недостаточном количестве поступает в данный ка­либр. Прямоугольное сечение вместо квадратного получа­ется при прокатке заготовки в квадратном калибре со сме­щенными ручьями (рис. 57, л). Выпуклые бока у заготовок (рис. 57, м) образуются в том случае, если стенки калибра значительно выработаны.