Какую сталь называют кипящей

Кипящая сталь

Кипящая сталь в отличие от спокойной является не­полностью раскисленной сталью. Во время разливки в. процессе кристаллизации слитка эта сталь «кипит» в из­ложнице. «Кипение» металла в изложнице вызывается обильным выделением газов за счет реакции между уг­леродом и закисью железа или марганца с образовани­ем при этом окиси углерода. Газы, выделяющиеся при затвердевании слитка кипящей стали, содержат 80— 90% СО, 1—2% С0₂ и незначительное количество водо­рода, азота и метана.

На структуру слитка существенное влияние оказы­вает продолжительность и интенсивность кипения стали в изложнице, которые в свою очередь зависят от скорос­ти образования и выделения окиси углерода.

Слиток кипящей стали по структуре характеризуется следующими пятью зонами:

1) наружная беспу­зыристая плотная корочка, состоящая из равноосных кристаллов;

2) зона сотовых пузырей, имеющих вытяну­тую форму и располагающихся по направлению от плот­ной корочки к центру слитка (длина сотовых пузырей составляет 30—70 мм);

3) плотная зона между сотовы­ми и вторичными пузырями;

4) зона вторичных (глубин­ных) пузырей;

5) зона центральных газовых пузырей (сердцевина слитка).

Качество слитка кипящей стали определяется его рослостью, а также качеством и толщиной наружной корки. Слиток считается качественным, если он имеет минимальную рослость, а наружная корка его — плот­ная и толщина ее достаточна для последующего нагрева и прокатки слитка без вскрытия сотовых пузырей.

Такое качество слитка можно получить только за (счет более интенсивного кипения металла при малом ферростатическом давлении (сифонная разливка). Если вести разливку кипящей стали сифоном медленно, то без особых трудностей можно получить слиток с толщиной здоровой корки 25—35 мм [41].

При быстрой разливке сверху ферростатическое дав­ление металла в изложнице увеличивается, вследствие чего резко ухудшаются (по сравнению с разливкой си­фоном) условия газовыделения, и слиток получается с очень тонкой наружной коркой.

Рослые слитки с очень тонкой наружной корочкой и близким к поверхности залеганием сотовых пузырей, которые могут вскрыться при нагреве и прокатке, полу­чаются при вялом кипении металла в изложнице или при недостаточной температуре металла. Высокое со­держание марганца л углерода в стали способствует развитию рослости слитков, так как в этом случае получается низкое отношение FeO/C и, следовательно,вялое кипение металла в изложницах.

Если отношение FeO/C высокое, то сталь получается чрезмерно окисленной, что приводит к слишком ин­тенсивному кипению, в результате которого уровень за­литой в изложницу стали резко снижается и слиток име­ет «голенище».

Таким образом, в зависимости от окисленности ме­талла можно получить слитки с разной степенью кипения (вялое кипение, нормальное кипение, бурное кипение), (определяемой рослостью слитков. Нормальный слиток кипящей стали при затвердевании подрастает немного. На одном из заводов разработана пятибалльная шкала для определения рослости слитков (рис. 5), при этом до­пустимыми считаются баллы 1 и 2.

Рис. 5. Шкала баллов для определения рослости слитков кипящей Стали

Необходимо также отметить, что в слитке кипящей стали, как правило, отсутствует сосредоточенная усадочная раковина, так как ее объем распределяется в многочисленных газовых пузырях, в связи с чем разлив­ку ее производят в изложницы без утеплителей. Кипя­щая сталь за счет отливки ее в изложницы без утеплителей к получения высокого выхода годного, а также ма­лого расхода ферросплавов является по сравнению со спокойной сталью более дешевой. Кроме того, слитки, слябы и готовый лист из этой стали имеют хорошую по­верхность, легко поддающуюся обработке в горячем и холодном состоянии.

К недостаткам кипящей стали, как уже указывалось, откосится большая химическая и структурная неодно­родность и сравнительно близкое залегание сотовых пу­зырей, особенно при разливке сверху.

Кипящая сталь

Кипящей называют малораскисленную сталь, интенсивно выделяющую газы в изложнице во время застывания. Образующиеся газы: до 90% CO, углекислый газ, азот, водород, метан. Сильные раскислители типа алюминия и титана в производстве такого металла не применяются.

Структура слитка малораскисленного металла

Основной признак слитка кипящей стали – отсутствие сосредоточенной усадочной раковины. Структура слитка зависит от интенсивности и периода кипения расплава. В затвердевшем состоянии он имеет 5 зон:

• наружная плотная корка;
• скопление сотовых пузырей, имеющих вытянутую форму;
• промежуточная зона между сотовыми и вторичными пузырями;
• скопление глубинных (вторичных) воздушных пузырей;
• сердцевина слитка – зона глубинных пузырей.

В качественных слитках наружная корка настолько плотная и толстая, что при нагреве и прокатке скопление сотовых пузырей не вскрывается.

«Закупоренная» – разновидность кипящей стали

По степени подавления выделения газов при затвердевании расплава материал находится между кипящей и полуспокойной сталями. Отличие этой технологии – закрывание слитка сверху после разливки механическим или химическим способом.

• При механическом закупоривании слиток закрывается тяжелой чугунной крышкой.
• Химическое закупоривание реализуется с помощью добавления сверху изложницы присадок алюминия или ферросилиция. Это приводит к ускоренному твердению верхней части слитка, которая отрезается и отправляется в отходы.

Такая методика позволяет уменьшить время выделения газов и снизить количество воздушных пузырей внутри слитка.

Основные характеристики

Кипящие стали отличаются неоднородностью структуры и химического состава, что приводит к снижению некоторых эксплуатационных характеристик. Прочность металла снижается из-за завариваемых при прокатке воздушных пузырей, которые при вальцовке или штамповке могут привести к расслоению материала.

Свойства кипящей стали

• Проблемная свариваемость из-за резко выраженной неравномерности по толщине изделия расположения фосфора и серы, негативно влияющих на свойства металла. Зоны с повышенным содержанием серы становятся причиной появления кристаллизационных трещин в шве и около него.
• Металл склонен к старению в зоне около сварного шва, что приводит к его охрупчиванию при отрицательных температурах.
• Более высокая подверженность коррозии, по сравнению со спокойными и полуспокойными сталями.

Области применения кипящей стали

Эта металлопродукция имеет определенные ограничения по сферам использования. Она не допускается для изготовления:

• крепежных элементов котлов, работающих под давлением;
• конструкций и оборудования, запланированных для эксплуатации при температурах ниже -20°C
• аппаратов, эксплуатируемых при динамических, знакопеременных, пульсирующих нагрузках;
• оборудования и конструкций, контактирующих с агрессивными, взрыво- и пожароопасными средами, сжатыми и сжиженными газами.

Из слитков кипящей стали производят полосы, листы, тонкие плиты, проволоку, прутки, штрипсы, трубы, предназначенные для изготовления продукции рядового назначения.

Какие марки углеродистых сталей могут относится к кипящим?

Для изготовления сплава этого вида используются:

• углеродистые стали обыкновенного качества – кипящие сплавы изготавливаются по ГОСТу380-2005, обозначение – «кп»;
• качественные и высококачественные стали – регламентируются ГОСТом 1050-88, буквенное обозначение – «кп».

В производстве обычно применяются стали с содержанием углерода более 0,15%.

1. В чем отличие кипящей стали от спокойной? Когда и какую из них рекомендуется применять?

По способу раскисления различают кипящие, полуспокойные и спокойные стали.

Кипящая сталь наиболее дешевая, так как при ее выплавке расходуется минимальное количество специальных добавок и обеспечивается максимальный выход годного продукта. Пониженное содержание кремния и марганца обусловливает меньшую прочность и большую пластичность, чем у спокойной стали.

Недостатками кипящей стали являются развитая ликвация, в головной части слитка неоднородность содержания углерода достигает 400 %, серы – 900 % от их среднего содержания.

В спокойной стали неоднородность содержания углерода лишь на 60 %, а по сере на 110 % превышает их среднее содержание в стали.

Прокат из кипящей стали более неоднороден по химическому составу, чем прокат из спокойной стали. Листы и профили, изготовленные из разных частей слитка, различаются по содержанию углерода, серы и фосфора. Поэтому прокат из кипящей стали характеризуется неоднородностью структуры и механических свойств даже для металла одной плавки. В среднем кипящая сталь содержит около 0,02 % кислорода, что в несколько раз больше, чем у спокойной стали. Хладостойкость кипящей стали понижена, в среднем Т₅₀ у нее на 10–20 °С выше по сравнению с Т₅₀ для спокойной стали. Пониженное сопротивление хрупкому разрушению особенно характерно для проката значительной толщины (14–20 мм и более) из кипящей стали.

Спокойная сталь гораздо однороднее по химическому составу, чем кипящая сталь. Благодаря присутствию в спокойной стали остаточного (кислоторастворимого) алюминия у нее ниже склонность к росту зерна, чем у кипящей стали. Поэтому прочность и хладостойкость более однородного и мелкозернистого проката из спокойной стали выше, чем проката из кипящей стали.

Но при затвердевании спокойной стали в изложницах образуется большая усадочная раковина, для удаления которой прибегают к обрезанию слитка (12–16 % по массе). Вследствие этих потерь, а также дополнительных расходов, в том числе на ферросплавы и алюминий для раскисления, спокойная сталь дороже кипящей.

Существует сталь с промежуточной степенью раскисления – полуспокойная. В отличие от кипящей она обрабатывается перед разливкой небольшим количеством раскислителей.

По однородности химического состава, микроструктуры и механических свойств, по сопротивлению хрупкому разрушению и прочностным показателям прокат из полуспокойной стали уступает прокату из спокойной стали и занимает между ним и прокатом из кипящей стали промежуточное положение.

Основным преимуществом кипящей стали является высокий (более 95 %) выход годного. У полуспокойной стали, раскисляемой марганцем и в ковше кремнием, выход годного составляет около 90 %.

Спокойная сталь раскисляется кремнием, марганцем и алюминием. Выход годного слитков спокойной стали около 85%, но металл значительно более плотен и имеет более однородный химический состав.

2. Напишите о сущности превращения аустенита в перлит при непрерывном охлаждении стали. Когда это превращение важно практически?

Превращение аустенита в перлит заключается в распаде аустенита. Для описания кинетики распада переохлажденного аустенита пользуются экспериментально построенными диаграммами изотермического превращения аустенита (время – температура – степень распада). Образцы нагревают до температур стабильного аустенита, затем быстро охлаждают до температур ниже точки А_r1 и выдерживают при данной температуре до полного распада аустенита. Результаты – кривая количества распавшегося аустенита в зависимости от времени с начала распада (рис.1).

Рисунок 1 – Диаграмма изотермического распада аустенита

Перлитное превращение переохлажденного аустенита протекает при температуре А_{r 1} – 500 0 С. В процессе превращения происходит полиморфное  превращение и диффузионное перераспределение углерода в аустените, что приводит к образованию ферритно-цементитной структуры: АФ+Fe₃C

Перед распадом аустенита углерод диффундирует внутри аустенита и скапливается в определенных местах на границе зерна аустенита и образованием зародышей цементита (рис.2)

Рисунок 2 – Схема возникновения и роста перлитного зерна

Рост зародышей цементита происходит за счет диффузии углерода из прилегающих областей аустенита, что приводит к обеднению углеродом и способствует превращению в феррит. Поэтому рядом с цементитными пластинами всегда образуются пластиня феррита. Процесс роста пластин продолжается до столкновения перлитных зерен.

Чем ниже температура распада аустенита, тем дисперснее феррито-цементитная смесь. Степень дисперсности характеризуют межпластинчатым расстоянием, оно равно усредненной суммой двух соседних толщин ферритной и карбидной пластин.

Перлит образуется при распаде аустенита при малых степенях переохлаждения (до температур около 700 0 С). Твердость перлита НВ 180-250, l =0,6-1,0 мкм.

При переохлаждениях до 650 0 С образуется мелкая феррито-карбидная смесь, которая называется сорбит. Твердость сорбита НВ 250-330, l+0,25-0,3 мкм. При охлаждении аустенита до 550 0 С образуется еще более мелкая феррито-карбидная смесь – троостит. Твердость троостита НВ 330-400, l=0,1-0,15 мкм. Сорбит и троостит называют квазиэвтектоидами, а перлит – эвтектоидом.

Однородный (гомогенный) аустенит всегда превращается в пластинчатый перлит. Следовательно, нагрев до высокой температуры образования гомогенного аустенита позволяет получать пластинчатый перлит. Если температуры нагрева недостаточно высоки, аустенит при них неоднороден, то в процессе его распада образуется зернистый перлит. Вероятно, оставшиеся не растворенными в аустените частицы являются дополнительными центрами кристаллизации и способствуют образованию зернистого цементита.

Твердость и прочность стали с феррито-перлитной смесью прямопропорциональны суммарной поверхности раздела между ферритом и цементитом. Поэтому, чем дисперснее структура стали, тем выше твердость, пределы прочности, текучести и выносливости возрастают. Относительное сужение и удлинение максимальны у сорбита, у троостита они падают.

КИПЯЩАЯ СТАЛЬ

низкоуглеродистая сталь, выпускаемая из сталеплавильных агрегатов слабо раскислённой, поэтому при её застывании в изложницах продолжается окисление содержащегося в ней углерода кислородом, растворённым в стали, что внешне выражается выделением пузырьков газа (кипением металла). К. с. дешевле спокойной стали и полуспокойной стали, однако уступает им по механич. св-вам, поэтому К. с. для изделий ответств. назначения не применяют. См. также Закупоренная сталь.

Большой энциклопедический политехнический словарь . 2004 .

Смотреть что такое “КИПЯЩАЯ СТАЛЬ” в других словарях:

кипящая сталь — Низкоуглеродистая сталь, содержащая достаточно оксида железа для того, чтобы непрерывно образовывался монооксид углерода при затвердевании слитка, что приводит к отсутствию усадочной пористости на поверхности и периферии металла. Листы и штрипсы … Справочник технического переводчика

кипящая сталь — [rimming steel] низкоуглеродистая недостаточно раскисленная (только Mn) сталь, продолжающая «кипеть» после заливки в изложницы и «расти» при кристаллизации вследствии большого содержания в ней О2 (до 0,02 0,04 % против 0,005 0,006% в спокойной… … Энциклопедический словарь по металлургии

Кипящая сталь — Rimmed steel Кипящая сталь. Низкоуглеродистая сталь, содержащая достаточно оксида железа для того, чтобы непрерывно образовывался монооксид углерода при затвердевании слитка, что приводит к отсутствию усадочной пористости на поверхности и… … Словарь металлургических терминов

Кипящая сталь — низкоуглеродистая сталь, выпускаемая из печи слабораскисленной. При ее застывании в изложницах продолжается окисление содержащегося в ней углерода кислородом, растворенным в стали, что внешне выражается выделением пузырьков газа (кипение) … Энциклопедический словарь по металлургии

КИПЯЩАЯ СТАЛЬ — низкоуглеродистая сталь, выпускаемая из печи слабораскисленной. При ее застывании в изложницах продолжается окисление содержащегося в ней углерода кислородом, растворенным в стали, что внешне выражается выделением пузырьков газа (кипение) … Металлургический словарь

сталь для холодного выдавливания и высадки — [cold heading steel] горячекатаная калибровонная сталь круглого или шестигранного сечения, а также круглая сталь со специальной отделкой поверхности, предназначенная для изготовления изделий методом холодного выдавливания и высадки, для которой… … Энциклопедический словарь по металлургии

сталь для железнодорожного транспорта — [railway steel] конструкционная углеродная и низколегированная сталь, используемая при строительстве наземных железнодорожных путей (рельсы, стрелки, рельсовые скрепления и др.) и подвижного железнодорожного состава (колеса, бандажи, оси и др.).… … Энциклопедический словарь по металлургии

сталь Гадфильда — [Hadfield steel] высокомарганцовистая аустенитная сталь, содержащая 0,9 1,3 % С и 11 14 % Mn (типа 110Г13); разработана немецким инженером Гадфильдом в 1883 г. Сталь Гадфильда при низкой твердости обладает необычно высокой износостойкостью при… … Энциклопедический словарь по металлургии

Сталь — [steel] 1. Сплав железа с углеродом, содержащий от 0,025 до 2,14 % С, постянные примеси, а также легирующие элементы. 2. Вид продукции металлургического производства в ЧМ (Смотри также Прокат). Сталь классифицируется в национальных стандартах и… … Энциклопедический словарь по металлургии

Сталь-8 — Эту статью следует викифицировать. Пожалуйста, оформите её согласно правилам оформления статей … Википедия