ТЕХНОЛОГИЯ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ СЛИТКОВ И НЕПРЕРЫВНО ЛИТЫХ ЗАГОТОВОК Необходимость и характер термообработки слитков связаны со структурной неоднородностью, причем часто выделяют структурную, физическую и химическую неоднородности. Физическая неоднородность – это наличие пористости и усадочных раковин. Химическая неоднородность или ликвация подразделяется на зонную и дендритную. Структурная неоднородность обусловлена наличием в стальном слитке трех основных зон, из которых наиболее важное значение имеют зона столбчатых и равноосных кристаллов. Все виды неоднородностей приводят к неоднородности физико-механических свойств стали. На появление и развитие дефектов литой структуры оказывает влияние скорость кристаллизации, которая в первую очередь зависит от массы слитка. Кроме того, охлаждение слитков, сопровождается развитием больших внутренних напряжений. Появление трещин внутри объема связано с тепловой усадкой. Также внутренние напряжения появляются при фазовых превращениях. Опасность появления внутренних напряжений в слитке возрастает в связи с тем, что литая структура имеет грубое крупнозернистое строение.

Характеристики слитков Стальные слитки по массе подразделяются на: – мелкие: менее 2 т; – средние: т; – крупные: т; – очень крупные: т. Слитки высоколегированных сталей имеют массу 0,2 - 1,1 т и редко до 3,5 т. По назначению стальные слитки делятся на: – кузнечную группу; – прокатные; – сортовые квадратного сечения; – трубные круглого сечения; – листовые прямоугольного сечения.

Термическая обработка слитков преследует следующие цели: 1) снижение внутренних напряжений для предупреждения образования трещин при хранении слитков на промежуточных складах и при перевозке в передельные цехи; 2) снижение твердости для обдирки слитков с целью устранения поверхностных дефектов; 3) уменьшение дендритной ликвации. Слитки, предназначенные для передела на блюминге, передают в печь для нагрева под прокатку в горячем состоянии, сразу после затвердевания в изложницах (горячий посад). При необходимости зачистки поверхности для устранения поверхностных дефектов или при перевозке слитков в другие цеха или заводы, горячий посад применить не удается. Для предотвращения образования опасных внутренних напряжений слитки подвергают либо замедленному охлаждению в неотапливаемых колодцах, либо охлаждают в изложнице с последующей специальной термообработкой. Для снижения твердости и снятия внутренних напряжений, слитки подвергают отжигу или высокому отпуску.

Слитки из быстрорежущих высокохромистых сталей ледебуритного класса, из хромистых нержавеющих сталей и некоторые инструментальные стали подвергают полному отжигу, т.е. отжигу с фазовой перекристаллизацией. Эти стали содержат большое количество Cr, V, W, Mo и не склонны к перегреву. Но ввиду их низкой теплопроводности ограничивается скорость нагрева: она не должна превышать 60 /ч. Слитки легированных конструкционных сталей перлитного, перлитно-мартенситного и мартенситного классов подвергают высокому отпуску. Высоколегированные стали такие как Cr–Ni, Cr–Ni– Mo, Cr–Ni–W (20Х2Н4А, 40Х2МА, 18Х2Н4ВА и др.) имеют такую высокую устойчивость переохлажденного аустенита, что даже при замедленном охлаждении в слитках образуется мартенситная или троосто-мартенситная структура. Поэтому отжиг этих сталей с фазовой перекристаллизацией не приведет к образованию перлита, т.е. к снижению твердости, и эти стали для снижения твердости достаточно подвергнуть отжигу ниже АС1. При высоком отпуске, наряду со снятием напряжений, происходит распад мартенсита с образованием сорбитной структуры, что является причиной снижения твердости.

Режимы отжига (а–в) и высокого отпуска (г) слитков: а – быстрорежущие стали Р6М5, Р6М3, Р9, Р18, Р6М5К5, Р9М4К8; б – инструментальные легированные стали 3Х2В8Ф, Х12, Х12М, 7Х3, ХВГ, 6ХВ2С, 9ХС, 4Х5МФС, 5Х3В3МФС, 5ХНВ, 5ХНМ; в – шарикоподшипниковые стали ШХ4, ШХ15, СГ; г – конструкционные и рессорно-пружинные стали 15Х, 20Х, 20ХН, 50ХН, 30ХН3А, 20Х2Н4А, 25Х4Н4ВА, 40Х2Н2МА, 30ХГТ, 30ХГА, 60Г, 70Г, 50С2, 60С2, 50ХФА, 55СМ5ФА, 50СВФА

Гомогенизирующему отжигу подвергают слитки из высоколегированных сталей и сталей, предназначенных для высокоответственных изделий. Отжиг проводят как холодных, так и горячих слитков. Температуры нагрева при гомогенизирующем отжиге обычно выбирают в пределах 1100– Скорость диффузии определяется как температурой, так и градиентом концентрации. Наиболее значительное выравнивание химического состава происходит в первые 8– 10 ч выдержки. Обычно продолжительность выдержки при этой температуре гомогенизирующего отжига составляет 8–15 ч, а затем производится охлаждение с печью до 800–820, после чего – на воздухе. Поскольку максимальная температура при гомогенизации ограничивается опасностью плавления легкоплавких участков, которые находятся в межосных участках дендритов, проводят двухступенчатый отжиг. В процессе начальной гомогенизации происходит обеднение этих участков легкоплавкими примесями, что дает возможность повысить температуру отжига на следующей ступени. Таким образом, температура отжига на конечной ступени может быть значительно выше, чем при обычном одноступенчатом отжиге. Это позволяет получить более однородную структуру, уменьшить карбидную неоднородность, улучшить технологическую пластичность стали и сократить общую продолжительность отжига.

Режим ступенчатого отжига из стали ШХ15, совмещенного с нагревом под прокатку. При гомогенизирующем отжиге слитков наблюдается интенсивный рост зёрен, но поскольку в дальнейшем производится обработка давлением, то в результате рекристаллизационных процессов происходит измельчение зерна. Поэтому специальной обработки для устранения крупнозернистой структуры не проводится.