ВИДЫ ДЕФЕКТОВ СТАЛИ. ВНУТРЕННИЕ ДЕФЕКТЫ

Каждое металлургическое предприятие стремится выпускать качественную продукцию. Как на заводах-поставщиках, так и на заводах-потребителях металл подвергается контролю на соответствие ГОСТам и техническим условиям. В том числе на наличие дефектов и неоднородности структуры. Их возникновение связано со сложностью металлургического производства. Но иногда проявленные виды дефектов стали – банальное несоблюдение технологических режимов при изготовлении стали.

Разработать правильную концепцию по устранению или значительному уменьшению таких неприятностей возможно только на основе правильной классификации дефектов и знаний условий их образований. Правильная классификация также служит основой для принятия решений об использовании металла с дефектами.

Достоверно определить вид и источник возникновения удается только после его непосредственного возникновения. Особенно сложно определить возникновение дефектов поверхности, на которые при нагреве воздействует воздух или атмосфера печи, что приводит к изменению химического состава поверхностного слоя, окислению, потере углерода, образованию в зоне дефекта оксидов, нитридов и других фаз.

Существует несколько способов обнаружения и изучения поверхностных и внутренних дефектов:

1. Внешний осмотр металла.
   
   
2. Ультразвуковой контроль для поиска дефектов внутри сплава.
   
   
3. Электромагнитный метод для обнаружения брака на поверхности.
   
   
4. Местная зачистка поверхности.
   
   
5. Осадка образцов, которые вырезаны из прутков для более четкого анализа.
   
   
6. Ступенчатая обточка прутков для выявления волосовин.
   
   
7. Исследование макро- и микроструктуры на поперечных и продольных темплетах после травления в кислотах или реактивах, снятие серных отпечатков.
   
   
8. Исследование продольных и поперечных изломов.
   
   
9. Исследование нетравленых микрошлифов.
   
   
10. Электронно-микроскопические методы исследования дисперсных фаз, границ зерен и особенностей тонкой структуры металла в зоне поражения.
    
    
11. Микрорентгеноспектральный анализ.
    
    
12. Рентгеноструктурный анализ.
    
    
13. Петрографическое исследование неметаллических включений.
    
    

Эти методы нередко используют в комплексе.

Здесь мы рассмотрим ключевые внутренние виды дефектов стали.

1 ДЕФЕКТ УСАДОЧНАЯ РАКОВИНА

Пустота, которая образовывается, когда уменьшается объем в процессе твердения металла.

Существует открытая, закрытая и вторичная усадочные раковины. Внутренняя ее плоскость неоднородная, с маленькими выпуклостями и впадинами. Бывает так, что в усадочных раковинах находятся дендритные кристаллы. В закрытой и вторичной раковинах поверхность не окислена, а в открытой покрыта слоем оксидов. Вторичная усадочная раковина расположена ниже открытой и закрытой и отделена от них слоем толстого сплава. В дефекте накапливаются инородные тела. Сплав, прилегающий к раковине, богат углеродом, серой и фосфором.

Усадочную раковину удаляют раскаленной деформацией, если она не загрязнена труднорастворимыми оксидами. В противном случае ее заваривают в кипящей стали с минимальным содержанием кремния.

Чтобы исключить глубокое проникновение усадочной раковины в слиток можно увеличить его конусность и размеры прибыльной части. Из экономических соображений часто используется способ утепления и обогрева прибыльных частей слитков. Это позволяет уменьшить глубину посадочной раковины и сократить отходы металла. Также используют экзотермические засыпки или вставки, электродуговой обогрев металла. Такие методы полностью устраняют усадочную раковину.

2 ПОДУСАДОЧНАЯ ЛИКВАЦИЯ

Фрагмент сплава ниже усадочной, богатый углеродом и ликвидирующими примесями.

В процессе травления обнаруживается темными участками, прилегающими к нижней части прибыли без нарушения сплошности.

Чем слитки тяжелее, тем четче выражается дефект. После деформации он практически исчезает вместе с прибыльной частью. Причина образования такого виды дефектов стали – добавление в застывающий металл углерода и примесей. Наиболее резко полусадочная ликвация проявляется в сплавах с большим промежутком температур затвердения и низкой теплопроводимостью. Чтобы избежать данного дефекта необходимо регулировать величину обрези прибыльной части.

3 РОСЛЫЙ СЛИТОК

Слиток со вспучиванием верхней части, который вызван обильным выделением газов при кристаллизации сплавов.

В ходе этого дефекта образуются крупные пузыри. Фактор появления – большая концентрация газов (кислорода, азота, водорода) в сплаве. Чаще обнаруживается в сталях кипящих и полуспокойных.

После рафинирующих переплавов сплав не подвержен рослости.

4 ПУЗЫРИ

В сплошном металле выглядят как пустоты круглой, овальной или продолговатой формы, которые появляются от испарения газов.

Если в стенках пузырей нет устойчивых оксидов или силикатов, их можно заварить с помощью горячей деформации. В противных обстоятельствах стороны пузыря смыкаются и появляется тонкая прослойка оксидов.

Меры предупреждения образования пузырей:

• раскислить сплав;
  
  
• использовать обсушенное сырье для упрочнения;
  
  
• просушивать разливочные системы;
  
  
• чистить изложницы от окалины и препятствовать соприкосновению влаги, оксидов и водорода с металлом.
  
  
  

5 КОРОЧКИ

Часть металла, запачканная неметаллическими инородными телами. Находятся внутри слитков или на поверхности. Бывают темные и бледные.

Темная корочка – изъян макроструктуры. Выглядит, как участок, который плохо полируется и содержит большое количество примесей. Самый надежный метод обнаружить корочки – ультразвуковая проверка.

Как предотвратить загрязнение металла корочками:

• управлять скоростью заполнения изложниц;
  
  
• использовать при разливании экзотермические растворы;
  
  
• применять изложницы с гладкими стенками;
  
  
• разливать оптимально нагретый сплав.
  
  

Светлая корочка – изъян макроструктуры внизу слитка. Выглядит как светлая полоса или пятно скобообразно формы с неметаллическими включениями. Это дефект с повышенной пористостью. В светлых корочках содержание углерода ниже, чем в целом в сплаве.

6 ОСЕВАЯ ПОРИСТОСТЬ И V-ОБРАЗНАЯ ЛИКВАЦИЯ

Присутствие в осевой зоне слитка мелких пор усадочного происхождения. Располагается в середине слитка, до зоны плотного металла под прибылью. Иногда сопровождается межкристаллитными щелями и неметаллическими инородными примесями. На продольных микрошлифах проявляется в виде пор. Появляется в процессе затвердения последних порций жидкого сплава в условиях недостаточного питания жидким металлом.

Осевая пористость полностью заваривается горячей деформацией. Уменьшить осевую пористость можно путем разливания стали в изложницы с большой конусностью и с меньшим отношением высоты к диаметру, а также утеплением или обогревом прибыльной части.

7 МЕЖКРИСТАЛЛИТНЫЕ ТРЕЩИНЫ, ПРОСЛОЙКИ И СКОЛЫ

Повреждения сплошности, которые появляются по линиям кристаллов из-за усадочных, термических и структурных напряжений. Трещины и прослойки чаще всего располагаются в оси слитков.

Причина появления – усадочные напряжения в участках металла. Для предупреждения межкристаллитных трещин рекомендуется выплавлять стали и сплавы в электродуговых печах на свежей шихте или на шихте с небольшим количеством отходов, применять продувку кислородом, минимизировать содержание серы и кислорода.

8 УГЛОВАЯ ЛИКВАЦИЯ И УГЛОВЫЕ ТРЕЩИНЫ

Угловая ликвация – узкие участки в углах слитков, обогащенные ликватами и возникающие на стыке двух направленных от стенок изложницы фронтов кристаллизации.

Угловая трещина – разрыв от растягивающих напряжений по участкам угловой ликвации, который может быть внутри слитка или выходить на поверхность по углам слитка.

Причина такого виды дефектов стали – обогащение ликватами зоны соприкосновения фронтов кристаллизации от граней слитка к центру. Чтобы снизить угловую ликвацию нужно снизить содержание серы и кислорода в металле и уменьшить массу слитков. Для предупреждения трещин вдобавок нужно снизить температуру жидкого металла на разливке и уменьшить скорость разливки. Также полезное влияние оказывает присадка титана (менее 0,02%).

9 ЛИКВАЦИЯ СТАЛЕЙ

Неоднородность сплавов по составу, которая образуется при затвердевании.

Различают дендритную и зональную ликвации.

Дендритная – неоднородность по составу осей и межосных участков в объеме дендрита.

Зональная – неоднородность по составу различных зон.

Меры предупреждения дендритной ликвации малоэффективны. Полезным является термическая обработка при высокой температуре – гомогенизация. Нагрев стали и сплавов при 1000 – 1280 С˚ в течение 2 – 20 ч в зависимости от марки стали и цели обработки может привести к уменьшению степени ликвации.

10 ЛИКВАЦИОННЫЙ КВАДРАТ

Изъян в поперечных макрошлифах деформированного металла, представляющий собой структурную неоднородность в виде травящихся зон, контуры которых повторяют форму слитка.

Причина образования – сочетание зональной и дендритной ликвации и примеси. Чтобы снизить дефект нужно уменьшить содержание серы и других включений, а также понизит температуру разливки стали и уменьшить массу слитков.

11 ТОЧЕЧНАЯ НЕОДНОРОДНОСТЬ

Локальное скопление сульфидов, нитридов, оксидов и карбидов, которые образуются при кристаллизации стали вследствие дендритной ликвации примесей. Выявляется в виде темных пятен и располагается в средней части сечения заготовок. Точечная неоднородность может возникать при всех способах производства стали. Уменьшить дефект можно, снизив содержание серы, кислорода, фосфора и азота.

12 ПЯТНИСТАЯ ЛИКВАЦИЯ

Скопление ликватов в полостях газовых пузырей. Отличается от точечной неоднородности более крупными размерами пятен и более четкими контурами.

Причина возникновения – высокое содержание газов в металле. Чтобы предупредить появление дефекта нужно уменьшить долю газов в составе, раскислить металл, выплавлять его с продувкой кислородом и не перегревать металл. Также в небольших количествах можно добавлять в состав титан, церий.

13 ЗАГРЯЗНЕНИЯ И ВОЛОСОВИНЫ

Скопление неметаллических включений, попадающих в металл из внешних источников. Делятся на макроскопические, микроскопические и субмикроскопические, которые можно заметить только под электронным микроскопом при большом увеличении. Располагаются произвольно по высоте и сечению в виде скоплений.

Волосовины – загрязнения, которые образуют нитевидный дефект. Могут быть в виде сплошных или прерывистых строчек.

Во избежание этих дефектов следует использовать высококачественные огнеупоры, чистые шихтовые материалы, оптимальные условия раскисления и десульфурации. Устранять или уменьшать контакт с воздухом и создавать условия для полного всплывания неметаллических включений.

14 ВНУТРЕННИЕ РАЗРЫВЫ ПРИ ДЕФОРМАЦИИ ИЗ-ЗА ПЕРЕГРЕВА ОСЕВОЙ ЗОНЫ

Обычно бывают мелкие групповые, однако при сильном перегреве также наблюдаются грубые разрывы. В зоне мелких разрывов образуется повышенная травимость. На образование дефекта оказывают влияние состав стали, условия деформации и температура нагрева. Предупредить образование внутренних разрывов можно путем снижения температуры нагрева металла перед деформацией. Дефект можно заварить, если при нагреве не было доступа воздуха.

15 ФЛОКЕНЫ

Тонкие разрывы металла округлой или овальной формы, которые образуются из-за структурных напряжений а стали, насыщенной водородом. Располагаются в средней зоне слитков, поковок или прутков. В литом металле встречаются редко.

Обычно образуются в процессе охлаждения стали после горячей деформации или термической обработки, а также при последующем хранении металла. Чаще других флокены встречаются в легированных конструкционных и инструментальных сталях. Реже – в углеродистых. Чем выше содержание углерода и других легирующих элементов, тем больше склонность к появлению флокенов.

16 СКВОРЕЧНИК

Внутренняя поперечная термическая трещина внутри заготовок и слитков, раскрывшаяся при деформации. Наиболее склонны к такому виды дефектов стали высокоуглеродистые и некоторые легированный стали. Появление скворечников определяется составом, структурой и способом нагрева стали.

Меры по предупреждению:

• не нагревать слишком холодные слитки и заготовки;
  
  
• температура печей при посадке слитков не должна превышать 700 – 800 С˚;
  
  
• медленно нагревать сталь при 600 – 800 С˚.
  
  

Посадка в печи предварительно отожженных слитков снижает вероятность образования трещин.

17 ВИДЫ ИЗЛОМОВ СТАЛИ

Изломы делят на шиферный, камневидный, нафталиновый и черный.

Причины образования шиферного излома – загрязненность стали неметаллическими включениями и полосчатость, которая связана с дендритной ликвацией примесей и легирующих элементов. При резком развитии дефекта снижается ударная вязкость металла. Для его предупреждения нужно применять оптимальные условия раскисления и десульфурации, чтобы снизить содержание включений. Также следует уменьшать степень дендритной ликвации.

Склонность к образованию камневидного излома зависит от остаточного содержания раскислителя и присутствия в стали серы, титана. Мартеновская сталь не склонна в образованию устойчивого камневидного излома. Чтобы снизить вероятность появления дефекта в сталь добавляют титан и добавки РЗМ. Камневидный излом нельзя исправить обычными режимами термической обработки. Дефект может быть устранен в условиях горячей деформации с нормальным нагревом.

Нафталиновый излом отличается характерным блеском, похожим на блеск кристаллов нафталина. Дефект часто обнаруживают после повторной закалки без промежуточного отжига. Очень часто нафталиновый излом встречается в сталях мартенситного класса. Исправляется отжигом.

Черный излом. В микроструктуре стали с таким дефектом наблюдается выделение графита. Этому способствуют: высокое содержание углерода и кремния, отсутствие хрома, низкая температура конца горячей деформации, длительный отпуск при температуре ниже 700 С˚, холодная деформация с высоким отпуском, добавки алюминия и закалка с последующим отпуском при 700 С˚.

Для предупреждения образования черного излома следует избегать вышеперечисленных условий и выплавлять углеродистую сталь с добавкой хрома до 0,25%. В большинстве случаев черный излом не поддается исправлению. Иногда его можно устранить закалкой с высокой температурой при значительной продолжительности выдержки.

18 РАСЩЕПЛЕНИЯ-ВЫРЫВЫ

Похожи на узкие щели, выступы и углубления в поперечном изломе прутков. Они термически обработаны на высокую вязкость и связаны полосчатостью структуры, которая возникает из-за дендритной ликвации. В продольном изломе проявляется в виде волокнистости. Образование дефекта определяется составом и строением металла, поэтому может встречаться в сталях с любым методом производства.

19 УЧАСТКИ НЕРЕКРИСТАЛЛИЗОВАННОГО ЗЕРНА

Зоны структуры деформированного металла, вытянутые вдоль направления деформации, в которых из-за задержки процессов рекристаллизации отсутствуют границы рекристаллизованных зерен. Имеют вид светлых, блестящих не травящихся участков.

Причины появления данного вида дефектов стали:

• наличие крупных кристаллитов с однородной ориентировкой в средней части слитков;
• малая степень деформации в средней зоне прутков;
• расположение кристаллографических ориентировок отдельных кристаллитов по отношению к направлению деформации, которое приводит к минимальной плотности дефектов;

Участки некристаллизованного зерна полностью устраняются термической обработкой или деформацией.

20 РАЗНОЗЕРНИСТАЯ МАКРОСТРУКТУРА

Структура деформированного металла с участками, имеющими резко различную величину зерна – крупные зерна в основной структуре мелкого зерна. Наиболее часто можно встретить в жаропрочных сталях аустенитного класса и сплавах после окончательной термической обработки.

Разнозернистость можно предупредить, проводя деформацию в условиях, которые исключают применение критических степеней обжатия и низкой температуры окончания горячей деформации.

21 ЧАСТИЦЫ КОРОНЫ

Дефект макроструктуру слитка вакуумно-дугового переплава, имеющий вид улитки или спирали, завитков, скобок или просто скоплений и отдельных полосок. Изъян выглядит как попавшая в сплав частица короны – кольцевой выступ над слитками. Он образуется на стенках кристаллизатора из-за осаждения на них паров металлов и газов, а также из-за кристаллизации брызг металла и шлаковых капель. Причина появления – насыщенность металла газами, осевая рыхлость, поверхностные дефекты, устойчивая ионизация, недостаточный зазор между расходуемым электродом и стенкой кристаллизатора.

22 ЭЛЕКТРОПРОБОЙ В СТАЛИ ЭЛЕКТРОШЛАКОВОГО ПЕРЕПЛАВА

Полость в слитке, заполненная шлаком и распространяющаяся в глубину.  Диаметр полости 10 – 15 мм. Электропробой заметен на поверхности. К полости дефекта прилегает зона металла со светлыми контурами.

Пробой образуется из-за плохого соединения кристаллизатора и поддона. Изъян типичен для электрошлакового переплава и не встречается при других способах выплавки.

Для предотвращения появления нужны:

• связь поддона с кристаллизатором;
  
  
• гладкая поверхность кристаллизатора;
  
  
• оптимальное количество и состав шлака.
  
  

23 КРИСТАЛЛИЗАЦИОННЫЕ СЛОИ

Неоднородность структуры, связанная с изменением скорости кристаллизации металла при рафинирующих переплавах.

Делится на послойную кристаллизацию, светлую полоску, светлое кольцо и участки пониженной травимости.

Послойная чередуется неширокими темными и светлыми зонами. Они располагаются между жидкой и твердой фазами.

Светлая полоска – яркая концентрическая полоска сплава низкой травимости. Дефекты допускаются если не слишком выражены, потому что не влияют на свойства стали.

Светлое кольцо – дефект макроструктуры осевой зоны. Широкий, со смыкающимся контуром. Появляется из-за неустойчивой системы выведения усадочной раковины слитка при окончании переплава.

Участки пониженной травимости возникают из-за свойств кристаллизации нижней сторон слитков электрошлакового и вакуумно-дугового переплава.

Чтобы предупредить появление кристаллизационных слоев нужно подбирать и соблюдать соответствующий электрический режим, регулировать стабильность теплового режима по ходу плавки и использовать электроды хорошего качества.

Существуют также другие виды дефектов стали, которые говорят сами за себя: остатки поджога от резки, дефект рубки металла, шлифовочные трещины.

Качество выпускаемой продукции напрямую зависит от соблюдения технологии производства.

Компания ООО «ЛипецкТехноЛит» строго соблюдает технологию в собственном цехе литья, чтобы не допускать появления видов дефектов стали.

Благодаря этому мы производим качественное дробеметное оборудование.