Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 [ 43 ] 44 45 46 47 48 49 50 51 52

Раздел четвертый КАЧЕСТВО И МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ НЕРЖАВЕЮЩИХ СТАЛЕЙ

Глава XIV

ДЕФЕКТЫ НЕРЖАВЕЮЩИХ СТАЛЕЙ

Улучшение качества продукции и снижение брака металла позволяют существенно улучшить технико-экономические показатели производства на металлургических заводах и заводах-потребителях. Наряду с необходимостью непрерывного улучшения технологии и организации производства, соблюдения технологической дисциплины важное значепие в борьбе с браком имеет правильная классификация дефектов.

Понятие дефекта является в некоторых случаях относительным и качественно и количественно зависит от предъявляемых к металлу требований. Отдельные виды дефектов являются бесспорным браком, другие же нормируются количественно в государственных стандартах и технических условиях.

Дефекты нержавеющих, равно как и других, сталей могут быть выявлены в стадии слитка, а также в промежуточных и окончательных профилях после прокатки, прессования или ковки. Некоторые дефекты выявляются у потребителя при изготовлении деталей и в процессе эксплуатацнн.

1. ДЕФЕКТЫ, ВЫЯВЛЯЕМЫЕ В СЛИТКЕ

Наиболее часто встречающимся дефектом слитка нержавеющих сталей являются плены и завороты на поверхности. Технологические пути устранения этих дефектов были рассмотрены выше.

Для удаления этих дефектов производят полную или частичную обдирку слитков на глубину 2-6 мм на токарных станках либо сплошную или выборочную зачистку на абразивных станках. За рубежом применяется так-

же обдирка горячих слитков на специальных фрезерных станках. На крупных слитках поверхностные дефекты Ы удаляют огневым способом.

Как вынужденная мера, удаление дефектов производится в заготовке после проката неотремонтированных слитков. Чаще всего такая технологическая схема применяется в тех случаях, когда при охлаждении слитков возникают трещины, а также при прокатке слитков с крупнозернистым строением. Сохранение мелкокристаллического поверхностного слоя облегчает, например, деформацию ферритных сталей (сихромаль и др.).

На поверхности слитков встречаются продольные и поперечные трещины. Продольные трещины наиболее часто встречаются на слитках круглого сечения хромистых сталей, особенно легированных кремнием и молибденом. Отливка в слитки квадратного или прямоугольного сечения, снпженпе температуры металла и скорости разливки позволяют устранить трещины. Термические продольные трещины устраняются путем обеспечения оптимального режима охлаждения и термообработки слитков.

Поперечные трещины, как правило, вызваны нарушениями в технологии подготовки и сборки изложниц, что приводит к зависанию слитков. На слитках стали Х17Н13М2-ЗТ массой 9-17,0 т встречали мелкие трещины, расположенные в средней части слитка. При огневой зачистке этих слитков возникали дополнительные трещины, которые при прокатке приводили к грубым рванинам в слябах.

Для исключения трещин необходимо выдерживать оптимальные условия разливки (температура металла в ковше 1540-1560° С, длительность наполнения тела слитка 120-150 сек, охлаждение слитков в изложницах не менее 12 ч) и применять микролегироваиие металла ферроцерием в количестве 1 кг/т [123].

При разливке стали под жидким шлаком, а также при электрошлаковом переплаве на поверхности слитков стали типа Х18Н10Т встречаются дефекты в виде зали-вин металла за шлаковый гарниссаж. Дефект образуется при замедленной кристаллизации поверхностной корки слитка, которая не может выдержать давление жидкой металлической ванны. Выше указывалось, что при разливке в изложницы необходима их тщательная чистка от остатков шлака, при ЭШП следует снижать скорость наплавления.

Одним из серьезных дефектов поверхности слитков являются навары, образующиеся при быстрой разливке горячего металла, высохшей смазке и плохом качестве изложниц. Слябы, полученные из слитков стали Х18Н10Т с наварами, были покрыты мелкими рванинами и чешуйками, которые нельзя было удалить на строгальных станках из-за высокой твердости. Химический анализ чешуек металла (после травления) показал, что в них содержание углерода достигало 1,06%, а титана 0,16% при содержании их в центре сляба соответственно 0,10 и 0,55%. Металлографический анализ поверхностной зоны показал наличие в металле большого количества карбидов титана и хрома.

Наиболее часто навары бывают в нижней части слитка. Чтобы их ликвидировать, необходимо своевременно убрать дефектные изложницы, строго регламентировать скорость разливки и температуру металла, повысить качество подготовки изложниц.

Нержавеющую сталь нельзя разливать в новые изложницы, так как в них более высокое содержание углерода, чем в применявшихся изложницах, а температура плавления внутренних слоев сравнительно низкая.

2. ДЕФЕКТЫ, ВЫЯВЛЯЕМЫЕ В ПРОКАТЕ

Одним из наиболее частых дефектов, выявляемых в макроструктуре проката, является усадка, которая может иметь вид полости, иногда занолненной шлаком, рыхлости с развитыми крупными дендритами, трещины, темного пятна, сопровождающегося точечной неоднородностью. Характерным отличительным признаком усадки является наличие ликвации и значительное обогащение металла неметаллическими включениями, что легко выявляется при снятии серного отпечатка по Бауману.

Учитывая высокую стоимость нержавеющих сталей, на всех заводах проявляется тенденция производить на этой группе марок минимальную обрезь. Естественно, что при этом необходимо особенно строго выполнять установленную технологию на всех переделах, в частности соблюдать установленную температуру и режим разливки, наполнять надставки не ниже определенного уровня, устанавливать поддоны по уровню, применять горячие надставки и утепляющие засыпки. Наконец, важно обеспечить условия наблюдения и контроля за обрезью в передельных цехах.

При повышенном содержании в металле водорода, а также азота в слитке при кристаллизации образуются ; газовые пузыри. Их выявляют при обдирке слитков, когда они расположены близко от поверхности, или при контроле макроструктуры проката, где они имеют вид ликвационных пятен или сплюснутых трубочек (закатанных пузырей). Пузыри располагаются по сечению заготовки несимметрично. На микрошлифах вокруг пузырей ; обычно нет ликвационных загрязнений и структурной неоднородности. Однако в стали Х18Н10Т в местах пузырей нами выявлены скопления карбонитридов титана.

Окислившиеся при прокатке газовые пузыри выявляются в виде поверхностных волосовидных трещин.

Наиболее склонны к образованию газовых пузырей водородного происхождения нержавеющие стали, легированные кремнием (ЭИ654, Х10С2М, Х25Н20С2 и др.), так как кремний резко снижает растворимость водорода в твердой стали и тем самым увеличивает давление выделения водорода прп кристаллизация.

На основании опыта и наших исследований ниже приведены критические содержания водорода в нержавеющих сталях, превышение которых приводит к образованию газовых пузырей:

Марки стали .... ЭИ654, Х18Н10Т,

XI8HI3C4 X18HI3M2T

.Максимально допустимое содержание водорода, обеспечивающее получение плотных слитков, cHiVIOO г ...... 4-6

Марки стали ....

Максимально допустимое содержание водорода, обеспечивающее получение плотных слитков, сжз/100 г......

1-4X13, XI7H2

10-13

Х28, Х25Т

7-10

10-12

Х18Н25С2, XI20HI4C2

Критическое содержание водорода определяется также массой слитка, перегревом металла и содержанием свободного азота в стали.

Как правило, дефекты расположены в верхней части слитка и ближе к одной из сторон. Образование газовых пузырей здесь облегчено меньшим металлостагическим давлением, наличием ликвации водорода и меньшей ско-

ростью кристаллизации у стенок изложницы, расположенных ближе к центровой.

Образование дефекта и отбраковка металла возрастают в летнее время года, когда увеличивается абсолютная влажность воздуха и парциальное давление водяных паров и водорода в дуговой печи, влажность шлакообразующих материалов, ферросплавов и газообразного кислорода. Для уменьшения содержания водорода в нержавеющей стали, помимо общетехнологических мероприятий (сушки и прокалки материалов, замены извести известняком, осушки кислорода и т.п.), применяют продувку жидкого металла аргоном (в печи или в ковше). Например, иа заводе «Днепроспецсталь» при выплавке стали марок ЭИ654, ЭИ759, Х102СМ, Х9С2 и т. п. после легирования кремнием производят продувку металла чистым аргоном через трубки диаметром 19-25,4 мм в течение примерно 10 мин. Расход аргона составляет 2-3 м/т при давлении около 0,2 Мн/м (2 ат) в печи. Продувку ведут при погружении конца трубки на глубину 300-400 мм в металл и при перемещении ее в ванне. В результате продувки снижается содержание водорода в металле на 1-3 см/ЮО г и практически полностью устраняется отбраковка металла по газовым пузырям.

Повышенное содержание азота (выше предела растворимости) также приводит к образованию газовой фазы в слитке. Известны случаи получения газовых пузырей в слитках стали Х23Н13 при применении азотированного феррохрома [203] и т. д. Для ликвидации брака по газовым пузырям целесообразно производить экспресс-анализ металла на водород (а в дальнейшем и иа азот) и при необходимости дегазировать металл путем вакуумирования, продувки аргоном или другими способами.

При разливке нержавеющей стали могут образовываться и подкорковые пузыри, вызванные обильным водяным охлаждением изложниц и быстрой разливкой стали в изложницы, смазанные густой смазкой, т. е. нарушениями общепринятой технологии. В прокате нержавеющих сталей встречают расслоения в изломе. Как правило, они вызваны наличием грубых скоплений неметаллических включений. Причиной расслоений в листе может быть и повышенная двухфазность стали. Так, как показали исследования [204], при прокатке листа стали

Рис. 70. Надрывы металла по границам фаз в листе сталн Х21Н5Т (ЭИВИ)

ЭИ811 вследствие большой скорости деформации и малого времени пребывания при высокой температуре происходит различная степень наклепа феррита и аустенита. Существующая при температурах 870-900° С (окончание прокатки) ферритная фаза наклёпывается меньше, так как в ней успевают пройти процессы отдыха. В результате возникают локальные напряжения, приводящие к надрывам металла, которые идут по границам фаз : (рис. 70). Устранение подобных дефектов достигается ограничением степени двухфазности стали и оптимальным температурным и скоростным режимами ее прокатки.

Характер и природа краевых загрязнений (титанистой пористости) в макроструктуре нержавеющей стали были описаны выше.

В нержавеющей стали, легированной титаном, встречается также общая неоднородность структуры: рассеянные по полю шлифа скопления окислов и карбонитридов титана. Для устранения этого дефекта необходимо обеспечить более полное раскисление металла до присадки титана, а также производить разливку металла при оптимальной температуре.

При контроле макроструктуры заготовок нержавеющей стали (особенно типа Х18Н10Т и 1-4X13) иа поперечных шлифах достаточно часто выявляется неодинаковая травимость осевой и периферийной зон. В зависимости от формы слитка форма различно травящейся площади (ликвациоиного квадрата) может быть квадратной или круглой и иметь резкий или размытый контур, а также чередование светлых и темных полос.

Наиболее легко ликвациоиный квадрат выявляется в сталях 1-4X13, в хромоникелевых сталях с титаном и ниобием для выявления ликвациоиного квадрата нужно длительное травление.

При продолжительном травлении темная зона вытравливается одинаково интенсивно в заготовках крупного и мелкого сечения независимо от условий нагрева и деформации. Природа ликвациоиного квадрата описа-