Ваш браузер устарел. Рекомендуем обновить его до последней версии.

Литейка.ру - самая литейная компания. Чугунное литьё на заказ

Исследование деградации  структуры чугуна при эксплуатации изложниц по изменению

его акустических характеристик. (Investigation into cast iron structure degradation in ingot mold operation by the change of its  acoustic characteristics)

 


Представлены результаты исследований методом уль тразву кового (УЗ) кон-
троля деградации (изменения) структуры чугуна с пластинчатым графитом
(ЧПГ) в процессе эксплуатации изложниц. Показана возможность по уровню сни-
жения скорости УЗ в чугуне изложницы на 7...10% в ходе эксплуатации уверенно
предсказать вероятность аварийного разрушения изложницы при её дальнейшем
использовании.

Presented are results of investigations into the degradation (change) of flake graphite
iron structure in ingot mold operation by the method of ultrasound (US) checking.
Shown is the possibility of positively predicting the probability of emergency failure of
an ingot mold during its further use by the level of decrease in US velocity in the mold’s
cast iron by 7 to 10% during service.


Ключевые слова (Key words)
Чугун с пластинчатым графитом, изложница, сталь, графит, металлическая осно-
ва, перлит, феррит, ультразвуковой контроль.

Flake graphite iron, ingot mold, steel, graphite, metallic base, perlite, ferrite, ultrasound.

Слитки из стали и других сплавов получают в спе­циальных чугунных формах − изложницах. Основным конструкционным материалом для изготовления стале­разливочных изложниц в настоящее время остается ЧПГ. Конструкция изложниц определяется её назначением и конфигурацией слитка.

В условиях производства вторичных материалов из переплава стальных отходов была разработана конструк­ция слитка массой 500...550 кг из коррозионно-стойкой стали. Конструкция слитка предусматривает углубления в донной части для возможности его транспортирования и складирования с помощью вилочных захватов. В соот­ветствии с конфигурацией слитка и общепринятыми ре­комендациями по толщине стенки и массе, была разрабо­тана оригинальная конструкция изложницы, обеспечива­ющая возможность извлечения слитка путем кантования изложницы на 180 град., которое можно осуществлять не только с помощью цапф, но и поворотным вилочным за­хватом, фиксирующим изложницу по продольным литым пазам, выполненным в её нижней (донной) части (рис. 1).

Изложницы отливали из электропечного ЧПГ следую­щего химсостава, %: 3,4...3,6 C; 1,9...2,1 Si; 0,6...0,8 Mn; 0,09...0,12 P; 0,05...0,06 S. Для изготовления стальных слитков проводили предварительную подготовку одно­временно двух изложниц, заключающуюся в следующем:

• подогрев изложниц до 250...300°C;

• окраска внутренней (рабочей) поверхности противо­пригарной краской ПСК-ВЦ;

• перед заливкой дно изложниц присыпали мелкой стальной обрезью для защиты чугунного дна от размыва в месте падения струи металла.

Температура стали при выпуске из печи составляла 1500...1550°C. Из одной плавки (массой ~ 1000 кг) отли­вали два слитка в двух изложницах. Затвердевшие слитки выдерживали в изложницах 25...30 мин. При этом, стенки изложниц в верхней части прогревались до 650...700°C. Затем слитки извлекали (вытряхивали) поворотом из­ложниц на 180 град. и отправляли на склад готовой про­дукции. Изложницы охлаждали естественным путём до температуры внутренней поверхности 200...300°C, далее окрашивали и ставили под заливку. Цикл оборота излож­ниц до следующей заливки составлял 1,5...2 ч.

Изложницы во время эксплуатации выходили из строя, как правило, внезапно, за счёт образования в углах вертикальных сквозных термических трещин, че­рез которые вытекал значительный объем стали. Такому виду разрушения способствовали, видимо, своеобразная конструкция самой изложницы, вызывающая неурав­новешенные дополнительные напряжения в стенках от теплового воздействия заливаемой стали и изменения в структуре чугуна при термоциклах в принятом режиме эксплуатации.

Для предотвращения неожиданных разрушений сле­дует проводить мониторинг состояния структуры в чугуне изложницы в процессе её эксплуатации. Это возможно осуществить с помощью неразрушающего метода УЗ контроля, так как физико-механические характеристики чугуна (форма и размеры включений графита) опреде­ляют акустические характеристики нелегированных чугу­нов. Основной акустический параметр, характеризующий структуру и прочность чугуна, скорость продольной УЗ волны.

Скорость УЗ волны в чугуне с известной толщиной стенки изложницы определялась в эхо-импульсном ре­жиме по времени прихода донного сигнала, который, как правило, был замаскирован белым и структурным шумом (многочисленными отражениями от элементов структуры чугуна). Для повышения отношения «донный сигнал/бе­лый шум» в дефектоскопе использовались УЗ широкопо­лосные частотно-модулированные зондирующие сигналы со средней частотой 1,0 МГц с последующей оптималь­ной фильтрацией эхо-сигналов. Повышение отношения «донный сигнал/структурный шум» обеспечивалось за счет проведения 10...14 измерений в районе исследуемой точки изложницы с последующим накоплением резуль­татов парциальных измерений. Контроль проводился мо­заичными широкополосными раздельно-совмещенными преобразователями.

Исследование акустических параметров (скорости УЗ) проводили на трех группах (по две в каждой) изложниц:

• прошедших эксплуатацию и разрушившихся с рас­крытием глубоких сквозных трещин и протечкой металла, литеры «А» и «Б» – 1, см. ниже;

• прошедших эксплуатацию до момента появления в углах первых небольших трещин, не разрушившихся и пригодных к дальнейшей эксплуатации при специальных мерах предосторожности;

• новых.

Ниже приведены средние результаты измерений ско­рости УЗ в изложницах 1...3.

П р и м е ч а н и е . В числителе – новая, знаменателе – прошедшая эксплуатацию изложница, в скобках – отно­сительное изменение.

Результаты измерений показывают, что в процессе эксплуатации из-за изменений, происходящих в структу­ре чугуна под воздействием высоких температур и термо­циклических нагрузок, скорость продольной УЗ-волны в изложницах закономерно уменьшается.

Сравнительный металлографический анализ об­разцов чугуна, вырезанных из закруглений верхней ча­сти стенок новой и прошедшей эксплуатацию изложниц (вблизи наиболее вероятных мест разрушения), выявил существенные различия в микроструктуре чугунов. Так, в микроструктуре чугуна (рис. 2, а) новой изложницы графит (ГОСТ 3443-85) пластинчатый (Гф2), неравномер­ного распределения (Гр2), в количе­стве 5...8% (Г6), мелкий, с длиной включений 30...60 мкм (Граз45).

Металлическая основа (рис. 2, б) чугуна – перлитная (П), перлит пла­стинчатый (Пт1), дисперсность пер­лита (Пд0,5) с расстоянием между пластинами цементита 0,3...0,8 мкм.

В структуре чугуна изложницы, прошедшей эксплуатацию и много­численные термоциклические воз­действия (рис. 3, а), наблюдают­ся утолщенный и более крупный 120...250 мкм (Граз180) пластин­чатый графит (Гф2) в количестве ~ 12% (Г12) равномерного распреде­ления (Гр2), а также множество мел­ких точечных включений графита – продукта частичной графитизации цементитных пластин перлита.

При этом, металлическая основа (рис. 3, б) чугуна перлито-феррит­ная (П70, Ф30) с формирующимися оторочками феррита вокруг включе­ний графита. Перлит среднепластин­чатый (Пд1,3).

Такая микроструктура чугуна, ха­рактеризующаяся крупными (грубы­ми) включениями, повышенной объ­емной долей пластинчатого графита и наличием существенной (~ 30%) доли феррита в преимущественно перлитной металлической основе обеспечила в конце эксплуатации изложницы снижение скорости про­дольной УЗ-волны в чугуне на ~ 14%.

Эта зависимость впервые полу­чена не на образцах чугунов, а на реальных чугунных изделиях.

Практический результат настоя­щих исследований – установление граничного значения скорости про­дольных УЗ-колебаний (~ 4040 м/с) в чугуне изложниц данной конструк­ции, чтобы с помощью метода нераз­рушающего УЗ-контроля определять предельное число наливов, обеспе­чивающее эксплуатацию изложниц без аварийного разрушения с выте­канием жидкой стали.

Дальнейшее решение о продол­жении эксплуатации такой излож­ницы может быть принято при при­менении дополнительных мер для безопасной эксплуатации (напри­мер, использовать бандажирование изложницы).

 

Рис. 2. Микроструктура чугуна новой изложницы: а – форма графита, не травлено, ×100; б – металлическая основа, травлено, ×500

Рис. 3. Микроструктура чугуна из­ложницы, прошедшей эксплуата­цию: а – форма графита, не травле­но, ×100; б – металлическая основа, травлено, ×500

 

Вывод

По уровню снижения скорости УЗ в чугуне изложницы на 7...10% от первоначальных значений в ходе эксплуатации (в новой изложнице) можно уверенно предсказать ве­роятность аварийного разрушения изложницы при её дальнейшем ис­пользовании.