Металлургия » Электрометаллургия стали » Металл.

Металл.

 (голосов: 0)
Металл.Металл.
В отличии от кислородно-конвертерного и мартеновского процессов, где 60—90 % металлозавалки составляет жидкий чугун, при электроплавке в завалке используется до 100 % скрапа, большая часть которого неизвестного происхождения. Жидкий чугун, кроме Р и S практически не содержит других примесей, поэтому конвертерная и мартеновская стали обладают хорошей пластичностью, свариваемостью и идут в основном на листовую продукцию. Скрап же поставляет в металл электродуговой печи примеси цветных металлов, оксидные и нитридные включения, а также микродефекты на атомном уровне, присущие первородному металлу каждого куска скрапа. По этой причине большая часть электростали используется для сортового проката. В тоже время основная доля сложнолегированных сталей и сплавов выплавляется в электродуговых и индукционных печах с использованием того или иного количества оборотного стального лома. Поэтому необходимы определенные научно-обоснованные технологические мероприятия, чтобы получить требуемый уровень физико-механических свойств от металла электродуговой или индукционной выплавки. Большинство реальных металлических жидкостей представляют собой многокомпонентные системы. При их изучении особое внимание уделяется степени микронеоднородности, под которой подразумеваются различия в структуре ближнего порядка отдельных микрообъемов жидкости. Важным является вопрос, насколько с течением времени может изменяться строение расплава, как быстро достигается состояние его устойчивого равновесия. Исследователей обычно интересует вопрос о взаимосвязи жидкого состояния с твердым, так как большинство твердых металлических тел получают путем выплавки.
Характеристики реальных многокомпонентных жидкостей в значительной степени зависят от химической индивидуальности атомов компонентов и различий характера и интенсивности сил, действующих между ними, что в настоящее время трудно оценить при помощи расчетного аппарата статистической теории. Изучение таких жидкостей осуществляется главным образом на основе накопления экспериментальных данных об их физических свойствах и строении. Методы физико-химического анализа позволяют получать косвенные сведения о структуре металлических расплавов и характере действующих в них межчастичных сил.
Методы описания структуры жидкостей, основанные на результатах экспериментальных исследований, делятся на две группы:
1) статистические, описывающие строение жидкости при помощи функции радиального распределения атомов, а также других, связанных с ней функций;
2) модельные, основанные на представлениях о микронеоднородном строении жидкости.
Имеющийся к настоящему времени достаточный экспериментальный материал о свойствах и строении металлических жидкостей, особенно многокомпонентных, свидетельствует о их сложном микронеоднородном строении. Несмотря на некоторую противоречивость мнений по вопросам состава, строения и Размеров отдельных микрогруппировок-кластеров, общие положения теории микронеоднородности жидких металлов достаточно обоснованы и учитываются при обсуждении атомно-молекулярного механизма явлений в металлических расплавах. Исследования жидких металлических сплавов показали, что в ряде случаев имеют место следующие явления. Обнаруживается зависимость свойств расплавленных металлических образцов от их предыстории, определяемой составом шихты, методом выплавки. Наблюдается нестабильность во времени значений свойств и структуры ближнего порядка жидких сплавов. Замечено, что в течение изотермической выдержки образцов одинакового химического состава их свойства, изменяясь, приближаются к одному и тому же значению — стабилизируются. При небольших перегревах над температурой ликвидуса выдержка, необходимая для стабилизации свойств расплавов заданного состава, может во много раз превышать обычную продолжительность выплавки сплава. Одна из главных причин отмеченных явлений заключается в неравномерности микроскопического состояния расплавов, связанной с определенной продолжительностью перестройки в них ближнего порядка при сплавлении компонентов и изменении температуры.
Экспериментально установлена связь между свойствами жидких сталей и сплавов и механическими характеристиками образующегося из них твердого металла. Учитывая, что стали разных марок обладают различной вязкостью, для удобства сопоставления результатов на одном графике значения вязкости даны в относительных единицах (вязкость v металлического образца вблизи температуры плавления отнесена к максимальной вязкости vmax для стали этой марки при той же температуре, причем значение vmax является наиболее стабильным).
Испытания механических свойств литых промышленных сталей показали, что максимальное повышение свойств, особенно относительного удлинения и сужения, наблюдается в тех случаях, когда в результате высокотемпературной обработки сталей в жидком состоянии устраняется гистерезис вязкости расплавов. Выдержка жидких сплавов при высокой температуре приводит к стабилизации свойств расплава (например, вязкости) и при одинаковых условиях затвердевания вызывает некоторую стабилизацию механических характеристик твердого металла.
При этом механические и пластические свойства сталей значительно повышаются. Тепловая обработка жидких сталей способствует переходу их в равновесное состояние, в то время как более микронеоднородный неравновесный расплав вызывает Появление наиболее дефектных кристаллов.
К настоящему времени достаточно достоверно дифракционными исследованиями показано, что жидкие металлы имеют микронеоднородное строение. Определенные по ширине перого максимума интерференционной кривой размеры радиусов R микрогруппировок колеблются в пределах. Сталь представляет собой сплав на основе железа сложно химического состава. В ней растворены различные элементы, взвешенном состоянии находятся неметаллические включения.
Сложность состава промышленных сталей предопределяют и сложное строение их расплавов. Исследования физических свойств отдельных марок сталей или групп марок сталей выявляют, как правило, более сложные температурные и концентрационные зависимости, чем аналогичные зависимости для синтетических сплавов примерно одинакового состава.
Для каждой стали существует определенная «критическая» температура выплавки, достижение которой позволяет получить квазигомогенное строение расплава, устраняющее ветвление кривых вязкости. Одновременно с получением квазигомогенного строения жидкости достигаются максимальные пластичность и ударная вязкость стали в твердом состоянии; прочностные свойства стали при этом понижаются.
Из всех точек зрения о строении расплавленной стали как многокомпонентной системы наиболее обоснованной является гипотеза о неравновесных состояниях металлических расплавов. Эта гипотеза предполагает:
1. Зависимость свойств расплава от его предыстории, У образцов примерно одинакового состава, в том числе по содержанию газов и неметаллических включений, физические свойства в расплавленном состоянии оказываются различными в зависимости от использованных исходных материалов (состава шихты и соотношения в ней исходных компонентов) и от условий их выплавки.
2. Нестабильность во времени свойств и структуры ближнего порядка: в течение изотермической выдержки образцов одинакового состава с разной предысторией их свойства изменяются и приближаются к одним и тем же значениям, т. е. стабилизируются.
Результаты исследований свидетельствуют о том, что структура расплавленной стали перед выпуском из сталеплавильного агрегата может быть далека от состояния равновесия. Наиболее простой способ перевода структуры расплава из микронеравновесного состояния в равновесное — нагрев до высоких температур и выдержка в течение определенного времени в этом состоянии для завершения структурных изменений. Такой режим выплавки стали и сплавов получил название программной термовременной обработки (ПТВО).
Режим ПТВО представляет собой комплекс мероприятий. Он основан на детальном анализе температурных зависимостей структурно-чувствительных свойств расплавленной стали и выявлении характерных температур, если они существуют в данном расплаве: Т — температуры начала гистерезиса; Тан — температуры аномального изменения свойства; Ткр — критической температуры, нагрев выше которой приводит к появлению гистерезиса вязкости.
Кроме того, ПТВО предполагает изучение влияния температуры и времени изотермической выдержки на свойства расплава перед кристаллизацией и характеристики затвердевшего металла. Результатом решения этих задач является выбор оптимальных термовременных параметров выплавки.
Гомогенность металлических расплавов повышается и при различных способах внепечной обработки, где происходит интенсивное перемешивание металла.
Интенсивное перемешивание расплава снимает диффузионные затруднения, способствует частичному разрушению существующих в расплаве неравновесных долгоживущих комплексов сильно взаимодействующих частиц и приближению расплава и микроравновесному состоянию. Часть прочных внутренних связей в комплексах высвобождается и принимает участие во взаимодействии с окружающими комплекс структурными единицами расплава.
Это приводит к возрастанию средней энергии межчастичного взаимодействия и проявляется в увеличении поверхностного натяжения расплава и энергии активации вязкого течения, и как следствие этого, в росте кинематической вязкости расплава. По¬вышение средней энергии межчастичного взаимодействия и уве¬личение степени однородности расплава сопровождается ростом плотности и ряда других физико-механических характеристик.
Чтобы не переносить дефекты металла предыдущей плав¬ки на последующие для ряда сталей и сплавов технологическими инструкциями ограничивается кратность использования металлоотходов (например, не более трех).
Печать

РЕКЛАМА

Видео металлургия

Счетчики