МАТЕРИАЛОВ НА СВОЙСТВА СТАЛИ

Зависимость свойств стали от исход­ных материалов является предметом постоянных исследований. Существу­ющий термин «металлургическая на­следственность» характеризует влия­ние металлической шихты на свойства выплавленной из нее стали. По мере роста требований к качеству металла, а также совершенствования методов испытания и контроля качества появ­ляются результаты все новых и новых исследований, в которых установлено различие свойств жидких металлов как при выплавке их в одном стале­плавильном агрегате, но из разных шихт, так и при производстве их раз­личными процессами. Иногда это можно объяснить возможным разли­чием содержания в сталях примесей, наличие которых в металле обычно не контролируется, таких, как свинец, олово, сурьма, мышьяк, висмут и т. п. Однако маловероятно, чтобы случай­ные колебания неконтролируемых примесей могли вызвать однотипные изменения физических свойств метал­лических раплавов.

Возможной причиной подобных явлений может быть также неравно­весность микроскопических состояний жидкого расплава. Неравновес­ность микроскопического состояния расплава сложного состава связана с рядом причин, в том числе и с тем, что продолжительность диффузионных процессов, определяющих выравнива­ние состава и свойств, может быть больше продолжительности пребыва­ния металла в жидком состоянии. Ис­ходя из существующих представлений, в процессе получения любого сплава даже после расплавления шихты и возникновения макроскопической од­нородности в жидкости продолжает осуществляться переход от разных ти­пов структур ближнего порядка ком­понентов шихты к иной, более разу-порядоченной и более однородной структуре. При этом изменяется ха­рактер как межчастичных взаимодей­ствий, так и распределения атомов.

Исследования, проведенные со­трудниками МИСиС П. П. Арсентье­вым, А. Ф. Вишкаревым и др., показа­ли заметное различие структурно-чув­ствительных свойств стали нескольких марок, выплавленных из обычной и так называемой первородной (не под­вергнутой ранее переплаву) шихт (рис. 10.3). Различие обнаружено не только в значениях поверхностного натяжения, температур ликвидуса, со-лидуса, кинематической вязкости, но и в таких чисто технологических ха­рактеристиках, как интенсивность протекания процессов окисления примесей.

Заслуживает внимания обнаружен­ное недавно явление так называемой радиационной наследственности, кото рая проявляется в заметном отличии структуры облученных и необлучен­-



Рис. 10.3.Зависимость поверхностного натяжения (а), кинематической вязкости (б) стали У8А, выплавленной из обычной (1) и первородной (2) шихты, от температуры

­ных образцов после их расплавления и последующей кристаллизации (т. е. «память» о радиации сохраняется даже после полного расплавления образца).

ТЕРМОВРЕМЕННАЯ ОБРАБОТКА

В общем случае можно считать, что после расплавления металл находится в неравновесном состоянии. На ско­рость перехода расплава в состояние, которое можно называть равновес­ным, влияют температура, интенсив­ность и продолжительность переме­шивания (при продувке газами, вакуу-мировании, обработке ультразвуком, воздействии электромагнитным полем и т. п.). Нагрев стали до высоких (1700-1800 ºС и более) температур приводит к быстрому достижению равновесного состояния и стабилиза­ции свойств расплава. При относи­тельно низкой температуре скорость перехода в равновесное состояние мала, и для стабилизации свойств рас­плава требуются большие выдержки. На выдержке расплава при высоких температурах основана так называе­мая термовременная обработка.

Остановимся на этом более под­робно. Изучение свойств расплавлен­ных образцов стали показывает, что интенсивность и степень завершенно­сти структурных изменений в распла­ве зависят не только от температуры нагрева, но и от продолжительности выдержки при этой температуре. Для полного протекания всех процессов в расплаве требуется определенное со­четание температуры нагрева и дли­тельности выдержки. Обычно чем ниже температура нагрева, тем боль­шая выдержка ей соответствует.

Уточненный таким образом тем-пературно-временной режим уральс­кие ученые-металлурги Б. А. Баум, Г. В. Тягунов, Г. А. Хасин и др; назва­ли программной термовременной обра­боткой (ПТВО). Режим ПТВО вклю­чает комплекс мероприятий и основан на детальном анализе температурных зависимостей структурно-чувстви­тельных свойств расплавленной стали и выявлении характерных температурдля данной стали (в том числе tкр — критической температуры, нагрев выше которой приводит к появлению гистерезиса вязкости), а также анализе влияния длительности выдержки рас­плава при разных температурах1.



Обширные исследования, прове­денные на Златоустовском и других металлургических заводах, показали, что использование этих теоретических представлений для организации тех­нологии производства ряда легирован­ных марок стали дает хорошие резуль­таты, приводя к улучшению механи­ческих свойств, снижению брака и т. п.

В то же время отмечается, что сущ­ность и причины немонотонного ха­рактера изменения свойств жидких сталей в зависимости от температуры до конца не ясны. Эксперименталь­ные данные показывают, что темпера­тура аномального изменения свойств tан и критическая температура tкр (иногда они совпадают, а иногда очень сильно различаются) зависят не только от состава данной стали, но и от предыстории образца.

Возможной причиной влияния «предыстории» (например, условий выплавки) на свойства выплавленной стали может быть присутствие в ме­талле дисперсной фазы (например, включений тугоплавких оксидов). Эти включения могут попасть в металли­ческую ванну из шихты, при исполь­зовании ферросплавов и других доба­вочных материалов. Настоящий пе­риод характеризуется непрерывным возрастанием доли в шихте высоколе­гированных сталей и сплавов все бо­лее сложного состава. Отходы этих сталей или изделий из них попадают в виде шихты в сталеплавильные агрега­ты. Присутствие мельчайших частичек в металлошихте не контролируется, но может заметно влиять на свойства как жидкого, так и твердого металла. Кро­ме упомянутых трех причин возможны и другие, еще не установленные при чины влияния состава исходных ма­териалов на качество выплавляемой стали.

1 Более подробно с этой теорией можно ознакомиться в книгах «Жидкая сталь» (Б. А. Баум, Г. В. Тягунов, Г. А. Хасин и др. — М.: Металлургия, 1984. — 206 с.); «Строе­ние и свойства металлических расплавов» (Г. Н. Еланский. — М.: Металлургия, 1991.— 160с.).

ВЛИЯНИЕ ПЕРЕМЕШИВАНИЯ

Установление наличия (или отсут­ствия) элементов структуры жидкой стали или микронеравновесности рас­плавленного металла для технолога важно еще и потому, что в этом случае возможное внешнее воздействие спо­собно влиять на эту неравновесность. К числу таких внешних воздействий могут быть отнесены: перемешивание жидкого металла (продувка газами, вакуумно-пульсационное воздействие, электромагнитное перемешивание и т. п.), воздействие на металл ультра­звуком, раздробление на мельчайшие капли и т. д. Наиболее распространен­ным из перечисленных способов явля­ется перемешивание жидкой стали инертным газом (обычно аргоном).

Можно предположить, что дли­тельное перемешивание должно спо­собствовать не только выравниванию состава и температуры, но и достиже­нию микроравновесного состояния расплавленной стали. Не исключено, что приближение к равновесию мик­роскопических состояний расплава, т. е. повышение однородности его структуры ближнего порядка, вызовет изменение физических структурно-чувствительных свойств и улучшит ка­чественные характеристики рафини­рованного таким образом металла.

Например, экспериментальные данные показывают, что продувка ста­ли (особенно легированной) в ковше аргоном изменяет такие ее структур­но-чувствительные свойства, как плотность (рис. 10.4), кинематическая вязкость (и энергия активации вязкого течения),

Рис. 10.4.Зависимость плотности стали 40Х

(испытания при комнатной температуре) от

расхода аргона при продувке (VAr)

поверхностное натяжение. Поверхностное натяжение образцов легированной стали, отобранных по ходу продувки металла аргоном в ков­ше, возрастает. Можно предположить, что уменьшение степени микронеод­нородности расплава в результате ин­тенсивного перемешивания при вне-печной обработке вызывает увеличе­ние энергии взаимодействия его структурных единиц, что, в свою оче­редь, приводит к повышению поверх­ностного натяжения. Однако необхо­димы дальнейшие исследования для получения объективной характеристи­ки явления. Пока отсутствует объек­тивный практический критерий оцен­ки степени перемешивания (часто ог­раничиваются внешней картиной пе­ремешивания при моделировании или отбором проб на химический анализ и измерением температуры в несколь­ких точках конкретной емкости с ме­таллом). В то же время получивший распространение термин «гомогениза­ция» расплава объединяет комплекс процессов, в том числе выравнивание химического состава и температуры, достижение равномерного распреде­ления данного состава включений и газов в каждой единице объема метал­ла, а в необходимых случаях рафини­рование в процессе перемешивания металла от ряда определенных вклю­чений; к числу подобных явлений от­носится и ликвидация в процессе пе­ремешивания микронеоднородности расплава.


matrichnie-igri-igri-s-prirodoj.html
matrichnie-modeli-strategicheskogo-vibora-sushnost-i-vidi-modelej-strategicheskogo-pozicionirovaniya.html
    PR.RU™