ترک مرکزی در ریخته گری مداوم

ترک مرکزی در ریخته گری مداوم

مقدمه:
ریخته گری مداوم به عنوان یکی از مهمترین فرایندهای تولید ابداع شده در دنیا می باشد ، که نتایجی از قبیل بهبود در کیفیت ، راندمان ، بهره وری و صرفه اقتصادی را در محصولات فولادی به همراه داشته است. امروزه ، بالغ بر 5/95 درصد از تولید فولاد خام جهانی را به خود اختصاص می دهد. تولید با کیفیت مطلوب به همراه بهره وری بالا یک نیاز ضروری برای ماشین ریخته گری مداوم می باشد که تعیین فاکتورهای مهم احتمالی برای عیوب و اجرای مطمئن اقدامات پیشگیرانه ممکن به منظور ارائه یک فرایند ریخته گری عاری از عیب را ناگزیر می سازد.

ادامه متن در ادامه مطالب...

ترک مرکزی در ریخته گری مداوم

ادامه متن در ادامه مطالب...

در شکل نمونه ای از ترک های خط مرکزی نشان داده شده است. این عیب یکی از مهمترین عیوب داخلی مشاهده شده در اسلب های فولادی Corten می باشد که در نزدیکی خط وسط اسلب ریخته شده ظاهر می شود که ناشی از افت حجمی یا انقباض مذاب در مرکز در هنگام تغییر حالت از مذاب به جامد و تغییر شکل خط نورد می باشد. این ترک ها می توانند در نتیجه تنش های حرارتی ایجاد شوند و از آنجایی که نرمی(داکتیلیته) فولاد در دمای بیش از 1300 درجه سانتی گراد تنها در حدود 2/0 تا 3/0 می باشد، هنگامی که یک ناحیه از اسلب در ارتباط با نواحی مجاور در معرض یک تغییر دمای ناگهانی از 100 تا 150 درجه سانتیگراد قرار می گیرد این عیب به وجود می آید.
ترک ها و جدایش های آشکار در طول خط مرکزی اسلب های ریختگی اساساً ناشی از اعمال نوسانات در ابعاد اسلب به دلیل نامیزانی و/یا خمیدگی غلطک های تکیه گاه (support) در نقطه ای از خط نورد که انجماد نهایی در آنجا صورت می پذیرد ، می باشند. در نتیجه این ترک ها، خط مرکزی باز شده و از این رو در طی فرایند سرد کردن اکسید می شود و در نهایت در فرایند نورد ثانویه نیز بسته نخواهد شد.

چکیده مطلب
فولاد Corten جزء دسته ای از فولادهای ساختمانی با نام دسته ضد فرسایشی می باشد که پایداری آنها در مقابل شرایط جوی با افزودن مقدار کمی از عناصر از قبیل مس ، فسفر ، نیکل و کروم بهبود یافته است. این فولاد با یک سرعت کمتری نسبت به فولادهای ساده کربنی زنگ می زند و تحت شرایط آب و هوایی مناسب می تواند یک لایه اکسیدی آهن هیداراته پایدار ایجاد کند که این لایه حملات بیشتر بر روی سطح را به تأخیر انداخته و از این رو برای شرایط آب و هوایی دشوار نیز مناسب می باشد. این فولاد دارای کاربرد وسیعی در واگن های راه آهن و کانتینر ها برای حمل مواد زائد می باشند. این طبقه از فولادها در فرایند ریخته گری مداوم به صورت اسلب تولید می گردند که به شدت در معرض ترک های مرکزی قرار دارند.

فاکتورهای مؤثر برای به وجود آمدن ترک مرکزی در اسلب های فولادی Corten عبارتند از :
١جدایش
٢شرایط سرد کردن
٣شرایط ماشین
۴سرعت ریخته گری

جدایش
جدایش به معنی غیر یکنواختی ترکیب شیمیایی می باشد که ناشی از پس زدن جسم حل شده در محلول توسط مذاب در طی فرایند انجماد می باشد به طوری که جامد در مقایسه با مذاب دارای انحلال پذیری کمتری می باشد. همچنین افزایش حجمی عناصر رایج از قبیل کربن ، منگنز ، فسفر و گوگرد در فولاد می تواند منجر به اصلاح عیب جدایش در فولاد ها شود. حال آنکه جدایش در حد میکرو ناشی از تفاوت در ترکیب مذاب بین دندریتی و دندریت های بی اثر(inert) می باشد و جدایش ماکرو نیز با غیر یکنواختی ترکیب شیمیایی در مقیاس بزرگ در قسمت ریخته شده ارتباط مستقیم دارد.
فولادهای Corten دارای مقداری از کربن در حدود 10/0 درصد به همراه 085/0 درصد فسفر می باشند و از این رو در طی فرایند انجماد در این فولادها ابتدا مستقیماً فاز δ تشکیل می شود و در نهایت از طریق یک استحاله پریتکتیک تبدیل به فاز γ شده و این امر منتج به ایجاد یک افت حجمی یا انقباض در مذاب می گردد که به وسیله جریان ذوب باقیمانده به طور مثال ایجاد جدایش ماکرو ناشی از ضریب نفوذ بالای فسفر در فاز δ ، تقویت می شود. همچنین این اتفاق می تواند در نتیجه جابجایی فیزیکی مکان های جدایش ماکرو به دلیل حرکت سیال و کریستال های آزاد باشد. حرکت سیال به دلایل متعددی از قبیل تفاوت در چگالی ناشی از شیب حرارتی و غلظتی در مذاب که منجر به انتقال حرارت به صورت آزاد می شود ، تبادل حرارتی اجباری به دلیل همزدن از طریق حرکت دورانی گاز و پاشش جریان مذاب، کشش سطحی سیال رانده شده به نزدیکی سطح قالب و همچنین مکش مذاب از بخش بین دندریتی به علت انقباض فلز در طی فرایند انجماد که در اکثر موارد به وسیله تورم سطح فلز ناشی از عقب زنی غلطک ها یا تنش های جزئی در پوسته منجمد شده در نتیجه شیب حرارتی تشدید می شود، صورت می پذیرد.
به منظور کاهش جدایش و در نتیجه کاهش ایجاد ترک های داخلی ، یک منطقه متجانس پیشنهاد می شود. در مذاب، تعداد زیادی کریستال های کوچک شناور وجود دارد. هنگامی که فرایند فوق گداز کم می شود ، این کریستال ها شروح به رشد می کنند و در نهایت تشکیل یک منطقه متجانس یا هم محور را می دهند. بنابراین ، دمای فوق گداز باید تا حد امکان پایین باشد تا جدایش ماکرو کمتری در ناحیه مرکزی اتفاق بیافتد. این امر به طور وضوح تأثیر دمای فوق گداز را بر روی جدایش در راستای خط مرکزی و همچنین ایجاد ترک در این ناحیه را نشان می دهد .
با خمیدگی غلطک ، جدایش مرکزی تشدید می شود. زیرا ، غلطک خم شده ناشی از تنش حرارتی وارده بر آن به صورت غیر معمولی دوران می کند و از این رو به واسطه غلطک خمیده ، هنگامی که سمت محدب غلطک با سطح اسلب تماس پیدا می کند اسلب با یک کاهش چشمگیر در ضخامت مواجه می گردد و سبب جاری شدن فولاد مذاب باقی مانده شده که ممکن است سبب افزایش غلظت عناصر موجود در آلیاژ شود. همچنین ، جدایش در امتداد خط مرکزی در حالتی که اسلب دائماً در معرض نقصان ناشی از تماس با سمت محدب غلطک قرار دارد ، ممکن است به دلیل جاری شدن فولاد مذاب غنی شده به خارج ، این نقصان به طور موضعی اصلاح گردد ، از طرف دیگر در حالتی که اسلب به طور مکرر در معرض نقصان کمتر ناشی از تماس با سمت مقعر غلطک قرار داشته باشد ، به دلیل ریزش فولاد مذاب غنی به داخل و در نتیجه فشرده شدن فولاد مذاب در قسمت غلطک، جدایش می تواند با وخامت بیشتری همراه باشد و از این رو منتج به پراکندگی جدایش مرکزی در جهت ریخته گری می گردد

شرایط سرد کردن
بازگرم کردن سطحی ، پدیده ای است که بر اساس اختلاف دمای بین سطح ریخته گری در زیر منطقه اسپری آب و دمای ثابت نسبی محصول ریخته شده در حدود 2 متر پایین تر از قالب ، تعریف می شود. اندازه و تعداد ترک ها با اعمال بازگرم سطحی کمتر با کاهش مواجه گردیدند. اگر پاشش آب خنک کننده به طور یکنواخت و در یک فاصله طولی کوتاهتر اعمال شود ، موجب بازگرم قابل توجه و افزایش چشمگیر در ایجاد ترک ها می شود. این اتفاق ناشی از افت ناگهانی در میزان خروج گرما از سطح در نتیجه حرکت اسلب از منطقه اسپری آب به سمت منطقه خنک کننده تابشی ، می باشد. دما در خط مرکزی ناگهان کاهش می یابد و به یکباره تمامی گرمای نهان خود را از دست می دهد. خط مرکزی منقبض شده و در معرض تنش قرار می گیرد و همزمان در منطقه داکتیلیته کم منتج به ترک مرکزی می شود.
تشکیل ترک خط مرکزی می تواند به وسیله افزایش شدت خنک کنندگی اسپری برای سطح خط نورد در نقطه پایان انجماد، متوقف گردد. افزایش خنک کنندگی اسپری یک تأثیر سودمند را به همراه دارد، زیرا منتج به ایجاد یک پوسته خنک می شود که می تواند به طور مؤثر تری در برابر فشار فرواستاتیک مقاومت کند. خنک کردن اسپری با شدت بالا می تواند دندیرت های ظریفی را در اسلب ایجاد کند و از این رو باعث کاهش جدایش ماکرو و تشکیل ترک های داخلی گردد

سرعت ریخته گری
هرچه سرعت ریخته گری بالاتر باشد زمان کمتر برای خروج حرارت وجود دارد . بنابراین ، طول مذاب داخلی بیشتر شده و منطقه خمیری افزایش می یابد و ضخامت پوسته به محض خروج از قالب که منتج به برآمدگی اسلب و جدایش ماکرو در مرکز اسلب می شود، کاهش می یابد. ریخته گری با سرعت کمتر منجر به ایجاد پوسته قوی تر می شود که می تواند در مقابل فشار فرواستاتیک مقاومت کرده و احتمال جدایش را کاهش دهد. بهینه سازی سرعت ریخته گری ضروری می باشد به طوری که این سرعت نباید کمتر از یک محدوده معین بوده زیرا در غیر این صورت می تواند به طور جدی موجب کاهش تولید گردد