Prezentarea defectelor care apar in structura semifabricatelor turnate continuu

PREZENTAREA DEFECTELOR CARE APAR IN STRUCTURA SEMIFABRICATELOR TURNATE CONTINUU

Otelul turnat continuu are un nivel superior de calitate si mai putine defecte decat otelul turnat conventional in lingouri. Varietatea si cantitatea defectelor care apar la produsele turnate continuu depind hotarator de procesul tehnologic aplicat si de cunostintele operationale.

In cazul turnarii continue a otelului, defectele apar in timpul solidificarii semifabricatului si a racirii acestuia, conducand adeseori la importante pierderi de metal. Pentru a preveni aceste pierderi, scopul tehnologiilor metalurgice si al solutiilor constructive este de a depista cauzele de aparitie, de prevenire si indepartare a lor. In general trebuie facuta distinctie intre defectele de suprafata si defectele interne in materialul turnat continuu.

1. DEFECTE DE SUPRAFATA :

fisuri longitudinale ;

fisuri transversale ;

sufluri si incluziuni de suprafata ;

neregularitati ale suprafetei.

DEFECTE INTERNE :

fisuri interne ;

porozitati – structura necorespunzatoare ;

segregatii ;

incluziuni ;

retasuri la centru .

3. DEFECTE DE FORMA :

forma romboidala ;

ovalizari ;

forma concava .

1.1. Fisurile longitudinale (fig.1) se formeaza in general in cristalizator, putandu-se deschide in continuare in zona de racire secundara, ducand chiar la rupturi.

Tendinta de fisurare longitudinala creste odata cu :

cresterea vitezei de turnare ;

cresterea temperaturii de turnare ;

reducerea raportului Mn / C ;

cresterea continutului de S al otelului peste 0,02 % ;

reducerea raportului Mn / S ;

microalierea cu V, N, Nb .

In general fisurile longitudinale sunt precedate de depresiuni ale otelului turnat continuu. Cauzele formarii depresiunilor si posibilitatile de evitare ale acestora sunt aceleasi ca pentru fisurile longitudinale.

Fisurile longitudinale apar rar ca defecte izolate; ele se pot extinde pe lungimi mari ale firului si frecvent intr-o arie adancita. Fisurile nu sunt intotdeauna drepte, deseori fiind intrerupte si continua in zig – zag, avand o adancime variabila.

Principalele cauze care conduc la aparitia fisurilor longitudinale sunt :

compozitia chimica – susceptibile la aparitia acestui defect fiind otelurile

microaliate si cele cu un continut de C situat in

intervalul 0,08 – 0,014 % C (domeniul peritectic);

conicitatea insuficienta a cristalizatorului ;

fluctuatiile mari ale nivelului meniscului de otel in cristalizator ;

uzura mare a cristalizatorului : suprafata cu defecte ;

suportul insuficient ( pas mare al rolelor ) sub cristalizator sau nealinierea rolelor ;

indepartarea neuniforma a caldurii in cristalizator si in consecinta cresterea

neuniforma pe circumferinta a crustei care se solidifica cu diferente in grosimea crustei de mai multi mm la iesirea din cristalizator. Aceasta cauzeaza tensiuni transversale care conduc la formarea de fisuri longitudinale cand crusta firului nu este suficient de puternica.

In ceea ce priveste posibilitatile de prevenire a fisurilor longitudinale, acestea sunt legate de:

a)     Cristalizator

Geometria exacta a cristalizatorului fara vreo deformare si o aliniere corecta a cristalizatorului cu segmentul rolelor de capat sunt importante deoarece astfel se poate forma un spatiu intre crusta firului si peretele cristalizatorului.

Peretele cristalizatorului nu trebuie sa aiba crestaturi serioase sau uzuri deoarece ar putea conduce la defectarea mecanica a crustei firului. Debitul apei de racire nu trebuie intrerupt de catre impuritati sau bule de aer.

b)     Tehnica turnarii

Tubul de imersie trebuie centrat corect in cristalizator pentru a evita curgerea neuniforma sau pe o latura si prin urmare o distributie neuniforma a caldurii sau eroziunea crustei firului.

c)     Praful de turnare

Praful de turnare trebuie sa fie corespunzator cu viteza de turnare si cu marca otelului pentru a crea un strat uniform de praf topit intre crusta firului si peretele cristalizatorului si astfel sa se obtina o frecare suficient de redusa.

1. Fisurile transversale pe suprafata firului sunt cauzate de tensiuni pe directia longitudinala a firului (fig. 2). Tensiunile longitudinale pot genera la randul lor tensiuni termice datorita solidificarii neuniforme, frecarea firului in cristalizator si deformarea crustei firului in timpul indoirii sau indreptarii firului. Efectul crestaturii semnelor de oscilatie pe fir pot favoriza fisurarea transversala. In general fisurile transversale nu sunt obisnuite la profilele rotunde turnate continuu.

a. Fisurile datorate tensiunilor termice au o forma de stea (fig. 3), sunt vizibile doar pe suprafata fara tunder a semifabricatului. Ele sunt cauzate de tensiunile care apar datorita supraracirii locale sau a intervalelor extreme de racire.In

scopul prevenirii acestor fisuri trebuie reglate corect orificiile de pulverizare a apei, pentru a realiza o distributie uniforma a pulverizarii.

b. Fisurile stelare sunt fisuri fine in forma de stea similare celor datorate tensiunilor termice si sunt cauzate de impurificarea otelului cu cuprul provenit din peretii cristalizatorului ca si de o slaba racire a peretilor cristalizatorului. In scopul evitarii aparitiei de astfel de fisuri trebuie asigurat un strat uniform de praf de turnare topit intre fir si cristalizator.Totodata trebuie utilizate cristalizatoare prevazute cu captuseli protectoare cum ar fi cele din crom electroplacat si se impune o aliniere corecta a cristalizatorului si a rolelor de picior.

1.3. Suflurile si incluziunile de zgura apar frecvent pe suprafata firului. Acestea pot fi distribuite uniform pe intreaga suprafata, sau pot fi distribuite la intamplare si sunt vizibile doar pe suprafata fara tunder a semifabricatului. Primele sunt cauzate de o dezoxidare insuficienta a otelului. Pentru a fi eliminate trebuie asigurata calmarea completa a otelului. Ultimele sunt cauzate de fluctuatiile mari ale nivelului meniscului otelului in cristalizator, de incluziunile nemetalice (praf de turnare sau zgura reziduala) din otel, de nivelul scazut al otelului in distribuitor, a temperaturii scazute de turnare ( supraincalzire mica ), colmatarea tubului imersat si de o grosime inadecvata a stratului de praf de turnare in cristalizator. Pentru prevenirea aparitiei suflurilor si incluziunilor de zgura trebuie evitate fluctuatiile de nivel a otelului in cristalizator pentru ca otelul sa nu curga peste praful de turnare si sa-l inglobeze, sa nu se toarne cu tuburi defecte si sa se urmareasca adancimea de imersie a tubului.

1.4. Neregularitatile de suprafata sunt reprezentate de suprapunerile de otel care pot fi :

suprapuneri usoare – cauzate de o scurta intrerupere a procesului de turnare ( oprire scurta ), avand aspectul unei suprapuneri circumferentiale usoare.

suprapuneri grele – care au aspectul unei crestaturi circulare adanci cauzate de oprirea mai indelungata a firului si repornirea ulterioara sau schimbarea distribuitorului.

DEFECTE INTERNE

1. Fisuri interne

a. Fisuri interne transversale - se formeaza in crusta solidificata a firului si sunt datorate tensiunilor interne transversale fata de directia de turnare (fig. 4). Cauzele care conduc la aparitia acestor fisuri sunt :

supraracirea locala a firului care se solidifica ;

supraincalzirea mare a otelului la turnare ;

racirea secundara prea puternica ;

reincalzirea intensa a suprafetei semifabricatului la trecere dintr-o zona de racire in alta.

In scopul prevenirii aparitiei acestor fisuri trebuie asigurata o racire uniforma a firului precum si evitarea unei presiuni prea mari a rolelor de capat.

b. Fisuri interne longitudinale apar in urma separatiilor interdendritice si pot fi clasificate in :

fisuri de suprafata – care au aspectul unor fisuri scurte foarte aproape de suprafata blumului si sunt cauzate de tensiunile de contractare in zona de tranzitie dintre cristalizator pana in zona de racire secundara in cazul unei turnari prea rapide ( o viteza de turnare mare ) sau in cazul in care metalul este prea fierbinte.

Aparitia acestor fisuri poate fi prevenita prin asigurarea unei viteze optime de turnare, ca si mentinerea temperaturii de turnare la valori optime fiecarei marci de otel. Totodata trebuie reglate corect orificiile de pulverizare a apei in zona racirii secundare.

fisuri la centru – care se extind in miezul blumului si apar la suprafata de separatie a solidificarii extinzandu-se spre exterior. Otelurile cu tendinta la fisurare interna sunt cele cu un raport scazut de Mn/S sau cele cu un continut de S ≥ 0,020 %. Aceste fisuri sunt influentate si de o supraincalzire mare a otelului la turnare dar si de o presiune de contact excesiva a rolelor, in special in cazul in care firul nu s-a solidificat complet.

In scopul prevenirii aparitiei acestui gen de fisuri se poate actiona prin reducerea supraincalzirii, reducerea vitezei de turnare, optimizarea racirii secundare, evitarea presiunilor prea mari a rolelor de capat.

Fig. 4 Fisuri interne transversale

Structura necorespunzatoare a miezului

Aceasta structura necorespunzatoare a miezului se prezinta sub forma unor porozitati mai mult sau mai putin pronuntate, in miezul firului sau cavitatii deschise. Aceste porozitati apar fie din cauza temperaturii inalte de turnare fie din cauza retasurii care se formeaza in timpul solidificarii finale. Pentru evitarea acestor porozitati se poate utiliza cu succes agitarea electromagnetica a miezului sau mentinerea unor temperaturi scazute de turnare.

3. Segregatii centrale

Aceste segregatii macro (fig. 5) in zona miezului apar pe amprenta de sulf si se produc din urmatoarele cauze :

o supraincalzire mare a otelului ;

o racire secundara prea intensa ;

nealinierea rolelor masinii de turnare la sfarsitul solidificarii ;

comportarea naturala la segregatie a otelului.

Prevenirea acestor segregatii este posibila prin realizarea solidificarii echiaxiale care se poate obtine prin utilizarea agitarii electromagnetice sau prin utilizarea unor temperaturi scazute de turnare si o racire secundara usoara.

Incluziuni nemetalice

Acest gen de defecte (fig. 6), fie ca este vorba de incluziuni nemetalice exogene sau endogene care se ridica in masa lichidului, pot duce la o imbogatire in incluziuni in jumatatea superioara a sectiunii transversale a firului.

a. Incluziuni provenite din praful de turnare

In principal aceste incluziuni sferice nitruroase in distributii si cantitati diferite apar odata cu antrenarea prafului de turnare datorita turbulentei excesive la nivelul meniscului otelului in cristalizator ceea ce conduce la un grad ridicat de impurificare a otelului la turnare. Totodata aceste incluziuni apar la o reoxidare secundara a otelului in cazul unei adancimi insuficiente a tubului de imersie sub nivelul otelului sau la aparitia unor fisuri sau orificii langa nivelul otelului in cristalizator sau in cazul antrenarii prafului de acoperire din distribuitor.

Aparitia acestor incluziuni poate fi prevenita prin introducerea tubului de imersie

sub nivelul otelului la o adancime suficient de mare ( 50 – 80 mm ), asigurarea unei configuratii adecvate a tubului de imersie pentru a favoriza conditiile corecte de curgere a otelului, mentinerea unui nivel mai ridicat al otelului in distribuitor care favorizeaza flotarea incluziunilor si utilizarea de opritoare (stavilare) in distribuitor, ca si utilizarea de prafuri si de materiale refractare adecvate pentru turnare, respectiv pentru tuburi de imersie.

b. Incluziuni sub forma unor pete

Aceste incluziuni care au aspectul unor pete sunt formate din silicati sau oxizi complecsi in otelurile cu un continut ridicat de Mn sau Si. Printre cauzele care genereaza astfel de incluziuni sunt prezenta unor produse de reoxidare sau dezoxidare, zgura antrenata din distribuitor, prezenta produselor de reactie a otelului cu materialul refractar sau chiar a materialului refractar exfoliat sau erodat din oala spre distribuitor.In scopul prevenirii acestor defecte se impune utilizarea de materiale refractare adecvate, tratarea otelului cu Ca in vederea imbunatatirii metodei de dezoxidare sau protejarea otelului impotriva reoxidarii prin acoperire cu prafuri.

c. Incluziuni aglomerate ( cu aspectul de nori )

Aceste defecte apar in special la otelurile calmate doar cu Al si sunt aglomerari de incluziuni de alumina distribuite pe o arie mai larga, ca norii, care cresc odata cu cresterea continutului de oxigen rezidual din otel. Printre cauzele generatoare de astfel de incluziuni se numara prezenta unor produsi de dezoxidare depozitati partial in tuburile de imersie si desprinsi ulterior, reoxidarea prin aspirarea de aer la utilizarea tuburilor cu flansa sau reoxidarea otelului care curge din oala in distribuitor sau in cazul unor produse de reactie care contin alumina, din materialul refractar.

Pentru reducerea numarului de astfel de incluziuni sau chiar pentru eliminarea lor otelurile trebuie calmate cu Si si Al.

3. DEFECTE DE FORMA

Aceste defecte apar la turnarea continua a barelor patrate, unde o imprecizie dimensionala a sectiunii lor poate fi provocata chiar de cristalizator dupa un anumit numar de turnari. De asemenea raciri neuniforme ale otelului in cristalizator sau in zona racirii secundare pot da taglelor o sectiune deformata.

Cele mai intalnite defecte de forma sunt:

romboiditatea (fig. 7), care apare in cazul profilelor rectangulare;

ovalitatea, care apare in cazul profilelor circulare.

Pentru a avea o racire uniforma trebuie ca jetul de otel sa fie centrat exact in cristalizator. Cele patru fete interne ale cristalizatorului (in cazul profilelor rectangulare) trebuie sa fie racite cu acelasi debit sau cu aceeasi viteza de circulatie a apei.

Coeficientul de conductibilitate termica a cristalizatorului trebuie sa aiba aceeasi valoare pe toate fetele. Utilizarea cristalizatoarelor sub forma de trunchi de con, poate intr-o mare masura sa impiedice formarea starturilor de aer intre bara si cristalizator si sa permita o ghidare perfecta.

Defectele de forma a semifabricatelor se datoreaza deci aparitiei si dezvoltarii inegale a crustei marginale formate pe peretii cristalizatorului, in special la colturi. Acest fenomen poate aparea si datorita descentrarii tubului imersat, a dirijarii defectuoase a jetului de turnare sau unei raciri neuniforme. Totodata nealinierea rolelor poate constitui un motiv de dezvoltare inegala a crustei semifabricatului, aceasta fiind insotita frecvent de aparitia fisurilor longitudinale. Pentru corectare acestui defect se impune deci o aliniere corecta a rolelor si a duzelor de stropire la iesirea din cristalizator, corelate cu o racire uniforma si intensa.