Стальной слиток: виды и структура¶

Стальной слиток — это промежуточный продукт металлургического производства, получаемый путём разливки жидкой стали в изложницы (формы) с последующей кристаллизацией. Слитки предназначены для дальнейшей переработки методом пластической деформации (прокатки, ковки, прессования) в сортовой, листовой или фасонный прокат, а также для изготовления крупных поковок.

¶Классификация слитков

По геометрической форме поперечного сечения слитки подразделяются на:

• Квадратные — используются для производства сортового проката (балки, швеллеры, уголки, арматура) и заготовок для труб.
• Прямоугольные (слябы) — предназначены для прокатки листовой стали (толстолистовой, тонколистовой, жести).
• Круглые — применяются для производства бесшовных труб, колёс, бандажей и других изделий осесимметричной формы.
• Многогранные (полигональные) — промежуточный вариант между квадратными и круглыми, обеспечивающий лучшее заполнение углов и снижение напряжений при кристаллизации.

По массе слитки делятся на:

• Мелкие — до 500 кг (для мелкосортного проката и фасонного литья).
• Средние — от 500 кг до 5 тонн (наиболее распространённая группа для сортовых станов).
• Крупные — от 5 до 50 тонн (для производства толстого листа, крупных поковок).
• Особо крупные (тяжёлые) — свыше 50 тонн (до 300–400 тонн для уникальных поковок, например, валов турбин или роторов генераторов).

По способу разливки различают слитки, полученные разливкой сверху (через центровую воронку) и сифонной разливкой (снизу через литниковую систему). Сифонная разливка обеспечивает более спокойную и чистую поверхность, но требует большего расхода металла на литники.

¶Строение и структура слитка

Структура слитка формируется в процессе кристаллизации и определяется условиями охлаждения, химическим составом стали и технологией разливки. В поперечном сечении слитка выделяют несколько характерных зон:

1. Корочка (наружная корковая зона) — тонкий слой мелких равноосных кристаллов у стенок изложницы, образующийся при быстром охлаждении жидкого металла.
2. Столбчатые кристаллы (дендриты) — вытянутые кристаллы, растущие перпендикулярно поверхности охлаждения. Их длина может достигать значительной части сечения слитка. Зона столбчатых кристаллов определяет плотность и прочность слитка.
3. Центральная зона (зона равноосных кристаллов) — область крупных неориентированных кристаллов, формирующаяся в последнюю очередь при медленном охлаждении центра слитка. Здесь часто концентрируются усадочные рыхлости, поры и неметаллические включения.

В верхней части слитка образуется усадочная раковина — полость, возникающая из-за уменьшения объёма металла при затвердевании. Усадочная раковина и прилегающая к ней рыхлая зона (усадочная пористость) являются дефектом и удаляются перед прокаткой (зачищаются, отрезаются или переплавляются). Для уменьшения размеров раковины применяют прибыльные надставки — теплоизолирующие или обогреваемые расширения изложницы, поддерживающие металл в жидком состоянии в верхней части слитка.

¶Химическая и физическая неоднородность

В процессе кристаллизации происходит ликвация — неравномерное распределение химических элементов по объёму слитка. Различают дендритную ликвацию (внутри кристаллов) и зональную ликвацию (между зонами слитка). Наиболее сильно ликвируют сера, фосфор, углерод и кислород. Зональная ликвация приводит к обогащению примесями центральной и верхней частей слитка, что может вызывать дефекты готового проката (полосчатость, флокены, трещины).

Для снижения ликвации и улучшения структуры применяют:

• модифицирование стали (введение микродобавок алюминия, титана, редкоземельных элементов);
• электромагнитное перемешивание жидкой стали;
• вакуумирование и продувку инертными газами;
• снижение температуры разливки.

¶Применение и дальнейшая переработка

Стальные слитки являются исходным материалом для обжимных станов (блюмингов и слябингов), на которых они перерабатываются в промежуточные заготовки — блюмы, слябы и заготовки. В дальнейшем эти заготовки прокатываются в готовые профили. Для особо ответственных изделий (крупные валы, диски турбин, корпуса сосудов высокого давления) слитки подвергаются ковке на гидравлических прессах.

В современной металлургии слитки постепенно вытесняются непрерывнолитыми заготовками, получаемыми на машинах непрерывного литья заготовок (МНЛЗ). Непрерывная разливка обеспечивает более высокую производительность, лучшую однородность структуры и меньшие потери металла. Однако для производства особо крупных поковок и изделий из специальных сталей (например, быстрорежущих или жаропрочных) слитки остаются незаменимыми.

¶Источники

• Металлургия стали: учебник для вузов / В. А. Кудрин. — М.: Металлургия, 1989.
• Теория и технология разливки стали / Ю. А. Самарянов. — Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2007.
• Основы металлургического производства / А. М. Бигеев, В. А. Бигеев. — М.: Металлургия, 1988.