Вплив швидкості охолодження при затвердінні безперервнолитої заготовки на характеристики дендритної структури сталі марки ОС

Анотація

Виконано аналіз процесу утворення литої структури вуглецевої сталі марки ОС (ДСТУ ГОСТ 4728:2014) після завершення її кристалізації при зміні в широкому діапазоні швидкості охолодження розплаву під час затвердіння безперервнолитої заготовки (БЛЗ) діаметром 450 мм. Показано вплив швидкості охолодження при затвердінні БЛЗ діаметром 450 мм на параметри хімічної неоднорідності розподілу кремнію і марганцю в мікроструктурі вуглецевої сталі.
Визначено, що вплив швидкості охолодження металу при затвердінні аналізованої заготовки на розмір дендритних кристалів описується обернено пропорційною залежністю: у = 423,75 х^-0,161. При зміні швидкості охолодження від 10⁶ до 1 °С/хв розмір дендритів в напрямку від поверхневих до серединних шарів БЛЗ Ø 450 мм збільшується у ~ 8 разів, а щільність дендритної структури вуглецевої сталі марки ОС зменшується в 65 разів. При цьому характер її залежності від інтенсивності тепловідведення є зворотні щодо характеру зміни розміру дендритів.
Встановлено, що варіацією швидкості охолодження в інтервалі 1 – 10⁶ °С/хв можна досягти суттєвої зміни середнього розміру і щільності дендритних кристалів при збереженні сталості об’ємної частки лікваційних (сегрегаційних) ділянок кремнію та марганцю ~ 24 % у вуглецевій сталі (0,42 – 0,50 % мас. С).
Визначено, що в усьому дослідженому інтервалі швидкостей охолодження 1 – 10⁶ °С/хв коефіцієнти дендритної ліквації К_д^I та К_д^II і кремнію, і марганцю змінюються незначно і становлять 1,8-1,9 і 1,5 для К_д^I та К_д^II відповідно. При цьому значення коефіцієнтів К_д^I та К_д^II для обох елементів практично постійні і в перліті, і у фериті. Доведено, що  кремній і марганець мають високу дифузійну рухливість тільки при достатньо високих температурах, коли сталь знаходиться в твердо-рідкому стані.
На підставі результатів мікрорентгеноспектрального аналізу (МРА) встановлено, що неоднорідність розподілу хімічних елементів, яка утворюється в результаті дендритної ліквації кремнію та марганцю, є первинною і постійною складовою мікроструктури вуглецевої сталі.