Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние вопроса 7
1.1. Строение слитка спокойной стали 7
1.2. Параметры затвердевания слитка и дендритной структуры 10
1.3. Ликвационные явления 17
1.4. Особенности современного сверхкрупного слитка 28
1.5. Заваривание усадочных и газовых полостей 32
1.6. Основные дефекты сверхкрупного слитка 35
1.6.1. Горячие трещины 35
1.6.2. Поведение газов в затвердевающей стали 37
Глава 2. Материал и методика исследования 41
2.1. Материал исследования 41
2.1.1. Особенности производства изучаемых слитков и поковок из них 42
2.2. Методы исследования 50
2.2.1. Стандартные методики исследования 50
2.2.2. Анализ тонкого строения металла и неметаллических включений 51
2.2.3. Специальные методики 54
2.3. Межкрнсталлитные трещины в поковках из сверхкрупных слитков 56
Глава 3 Исследование металла сверхкрупных слитков в литом и кованом состоянии 66
3.1. Исследование прибылей современных сверхкрупных слитков, отливаемых в ООО «ОМЗ-Спецсталь» 66
3.2. Исследование структуры сверхкрупных слитков из стали типа 25ХНЗМФА 89
3.3. Неметаллические включения (НВ) в литой и кованой стали 95
3.4. Поковки из крупных и сверхкрупных слитков 98
3.4.1. Химическая неоднородность в поковках из сверхкрупных слитков 99
3.4.2. Исследование макроструктуры заготовок из крупных и сверхкрупных слитков (34,5-420 т) 104
3.4.3. Исследование влияния массы слитка на механические свойства поковок из крупных и сверхкрупных слитков 108
3.4.4. Механические свойства заготовок, изготовленных из дефектных слитков массой 142 и 235 т 110
Глава 4 Механизм образования и возможность предотвращения межкристалл итных горячих трещин 117
4.1. Расчет давления в газоусадочном пузыре 117
4.2. Моделирование образования газовых пузырей на лабораторных слитках 120
4.3. Расчет максимального давления газа в трещине 123
4.4. Моделирование процесса затвердевания стального слитка массой 142 т. с одноконусной и двухконусной прибылью 125
4.5. Расчет возможности образования межкристаллитных трещин в зависимости от чистоты границ 138
4.6. Расчет возможности образования межкристаллитных трещин в зависимости от соотношения марганец/сера 140
4.7. Термодинамическая оценка возможности образования оксидов и карбидов Cr, Mn, Fe, V, Mo в системе исходных газов СО-Н2 145
4.8. Механизм образования МКГТ 150
4.9. Заваривание усадочных и газовых полостей . 153
4.10. Ковка лабораторных слитков 158
4.11. Ковка ступенчатой поковки из осевого трепана ротора дефектной по УЗК заготовки ЦНД пок. 707139 158
Заключение 167
Библиографический список использованной литературы 170
Приложение 1 178
- Особенности современного сверхкрупного слитка
- Межкрнсталлитные трещины в поковках из сверхкрупных слитков
- Исследование макроструктуры заготовок из крупных и сверхкрупных слитков (34,5-420 т)
- Моделирование процесса затвердевания стального слитка массой 142 т. с одноконусной и двухконусной прибылью
Введение к работе
Современные технологии производства сверхкрупных, радиусом более 1000 мм, слитков (СКС) из конструкционных сталей, раскисленных углеродом в вакууме, предоставляют широкие возможности для решения технологических задач производства ответственных поковок для атомной энергетики и энергомашиностроения.
Освоение производства атомных энергетических блоков ВВЭР-1500 требует использования поковок из слитков массой до 450 тонн для патрубковой обечайки корпуса реактора и массой 360-420 тонн для роторов цилиндров низкого давления и турбогенератора.
ООО «ОМЗ-Спецсталь», ранее входившее в «Ижорские Заводы» -единственное предприятие России, имеющее необходимый опыт и оборудование для производства сверхкрупных слитков и изделий из них.
Основные проблемы, решаемые при их производстве, связаны с тем, что в последние годы резко выросли требования нормативной документации к ультразвуковому контролю поковок из крупных слитков, призванные обеспечить безопасность эксплуатации этих изделий. Если в 90х г.г. по техническим условиям на цельнокованые заготовки валов роторов и маховиков подлежали фиксации дефекты с отражательной способностью, соответствующей плоскодонному эквивалентному отражателю диаметром 2,5 мм, то в современных ТУ отечественных заказчиков фиксируемый диаметр плоскодонного отражателя - 1,6 мм. Международные требования на подобную продукцию рекомендуют поставщикам инструкцию, утвержденную «Союзом немецких металлургов» SEP-1923. В ней фиксированный диаметр плоскодонного отражателя - 1,0 мм.
Ужесточение требований технических условий и международной документации к ультразвуковому контролю привело к тому, что в 2000-2002 г на ОАО «Ижорские Заводы» сложилась неприятная ситуация с качеством заготовок роторов, изготовленных из слитков 142 т и 235 т. При выполнении заказов по производству оборудования для АЭС в 3-х заготовках роторов из слитков 235 т из стали 26ХНЗМ2ФА, 5-й заготовках роторов цилиндров низкого давления из стали 26ХНЗМ2ФА и 1-ой заготовке ротора турбогенератора (ст.35ХНЗМФА) из слитка 142 т при ультразвуковом контроле были обнаружены дефекты. В 2000 г по результатам ультразвукового контроля также была забракована заготовка ротора цилиндра высокого давления, которая также изготавливалась из слитка 142 т.
Таким образом, задачи исследования особенностей строения сверхкрупных слитков конструкционной стали; поковок, изготовленных из них; дефектов этих изделий, способов их предотвращения и исправления являются актуальными, особенно с учетом их высокой стоимости и катастрофических последствий эксплуатационного разрушения.
Особенности современного сверхкрупного слитка
Модель макросегрегации в спокойном слитке, в общем, хорошо установлена. Это V и Л образные зоны положительной сегрегации, а также донный «конус осаждения» отрицательной сегрегации [65, 58]. Положительная сегрегация возникает благодаря течению обогащенной ликватами жидкости через междендритные каналы, а зона отрицательной сегрегации возникает благодаря оседанию свободных, более чистых кристаллов [91]. Известно, что имеется сильная термическая конвекция в центральном жидком «бассейне» осевой части слитка. Когда течение очень сильное, вне центра формируются массивные каналы, известные как канальные сегрегаты или «усы» внецентренной ликвации. V-образная сегрегация. В процессе кристаллизации слитка, вследствие различной растворимости примесей в твердой и жидкой фазах, происходит обогащение ликвирующими элементами объемов жидкости по фронту кристаллизации в осевой зоне слитка. Из-за дифференциации примесей, в «дефектных» объемах температура жидкого металла несколько выше, чем в здоровых объемах. В результате уменьшения степени переохлаждения (— на 20 %) в дефектных участках, уменьшается доля дендритных образований, недооформляются их оси и уменьшается скорость роста дендритов. Кристаллы же, выросшие с меньшими скоростями, имеют повышенное содержание легкоплавких ликвирующих компонентов по сравнению с дендритами, которые росли с большими скоростями. Таким образом, происходит обогащение этих же участков ликвирующими примесями (фосфором, углеродом и др.). Характерную V-образную форму сегрегаты принимают в процессе неравномерной усадки осевой зоны слитка [42]. Л, или А-образная сегрегация. Большинство предложенных гипотез о причинах возникновения рассматриваемого вида сегрегации не объясняет ее специфическую «шнуровую» форму [8]. Граница зоны столбчатых дендритов слитка с зоной равноосных дендритов представляет собой приближенно поверхность конуса. Поэтому выделение ликватов, вызванное процессами диффузии, или усадкой, или капиллярными явлениями на этой границе, или смыванием ее конвективными потоками и т. д., должно было бы приводить к образованию не шнуров, а ликвационных поверхностей или, по крайней мере, фрагментов таких поверхностей. Вместе с тем существует гипотеза, связывающая появление шнуров с процессом всплывания газовых пузырей в зоне равноосных дендритов, ближе к ее границе с зоной столбчатых дендритов [68]. Шнур, при подобном подходе, легче всего представить как след протекания ликвационных явлений, сопровождающих подъем в двухфазной зоне газового пузыря (материальной точки).
Другая гипотеза [10, 25] объясняет появление Л-образных сегрегатов с помощью естественных конвективных потоков.
В жидко-твердой области двухфазного состояния рост глобулярных дендритов на конечных стадиях формирования равноосной зоны слитка сопровождается движением кристаллов в расплаве. По мере выделения в расплаве кристаллов твердой фазы, возрастает плотность смеси, а действие гравитационных сил в этой зоне приводит к развитию значительных перемещений металла и перераспределению примесей в расплаве.
Значительное влияние на скорость гравитационного перемещения оказывает кинетика выделения кристаллов в жидко-твердой области двухфазного состояния. Поток дендритных кристаллов, геометрический центр которых не совпадает с их центром тяжести, при опускании в донную часть слитка вызывает вращательное движение расплава, окружающего кристаллы. При этом, в силу вращательного движения в сторону меньших скоростей (к оси слитка), неметаллические включения с малой плотностью и обогащенная примесями часть расплава с меньшей плотностью смываются с поверхности кристалла и, всплывая вверх по зигзагообразным траекториям, смещаются к границе раздела нисходящего и восходящего потоков. Основное количество примеси выносится в прибыльную часть слитка восходящим потоком, где их скорость подъема максимальна. Т.е. Л-образная сегрегация вызвана перемещением обогащенных ликватами порций металла вдоль фронта кристаллизации.
На рис. 1.3. нанесены максимальные значения сегрегации в виде процента отклонения от анализа ковшевой пробы стали для углерода, марганца, фосфора и серы в зависимости от массы слитка. Эти данные относятся к середине 20 века. В 90-х годах уровень зональной ликвации резко снизился (рис.1.4.) Зона отрицательной ликвации, скопление осевших равноосных кристаллитов называется конусом осаждения. Обычно он обогащен оксидами, но беден серой и фосфором. Образуется из-за нисходящих конвективных потоков, переносящих равноосные кристаллы вдоль фронта кристаллизации.
Опускающиеся вдоль границы затвердевания кристаллы образуют в донной части слитка насыпь; из-за восходящих по центру потоков образуется конусообразная выпуклость. После образования центров кристаллизации по всему объему оставшегося металла между затвердевшей оболочкой слитка и равноосными кристаллами осевой части слитка еще остается ликвационная зона незатвердевшего полностью металла. Поскольку между этой оболочкой и равноосной зоной незначительная связь, то последняя отделяется и оседает на конус, ранее образованный осевшими кристаллами, В этот период в слитке появляются V-образные надрывы и окончательно формируется конус осаждения [22].
Модели на прозрачных веществах (например, водный раствор NH4C1) при комнатной температуре продемонстрировали конвекционные течения в отливках и образование каналов [78, 112]. Многочисленные эксперименты, основанные на этих и других моделях [103, 104], предсказывают Л-сегрегацию, однако отрицательная донная сегрегация в модельных экспериментах не предсказывается и не наблюдается.
Образование зоны равноосных кристаллов ослабляет конус осаждения и понижает центральную, V-образную, сегрегацию. Широкая зона равноосных кристаллов в слитке, особенно крупном, предпочтительнее, поскольку она позволяет избежать образования мостов из столбчатых дендритов, тем не менее, большие равноосные дендриты так же, как и столбчатые кристаллы, имеют тенденцию к образованию частичных мостов [107].
Межкрнсталлитные трещины в поковках из сверхкрупных слитков
Перед первым вакуумированием температура металла в ковше 1600-1610 С, содержание в металле кремния 0,03%, алюминия 0,005%, углерода — ближе к верхнему марочному пределу. Обработка металла при производстве слитков массой до 150 т производится в одном, а при производстве слитков большей массы - в двух вакуумных ковшах. Эти марки стали предназначены, в основном, для производства заготовок роторов энергомашин.
Производство стали марок Ї0ГН2МФА, 20ГС, 15Х2НМФА отличается тем, что обработка на УВРВ идет с двумя присадками А1. Перед первым вакуумированием 0,8-1 кг/т и между вакуумированиями 0,3- 0,5 кг/т. эти марки стали используются для производства обечаек корпусов и полых валов.
Разливка крупных слитков осуществляется в 6 вакуумных камерах. Емкость камер по максимальной массе отливаемого слитка: 60, 100, 150, 225, 285, 520 т. сверхкрупные слитки отливаются в 150, 225, 520 т камере. Абсолютное давление в камерах перед началом разливки не более 2 мм рт. ст., а в конце разливки не более 3 мм рт. ст. Разрежение создается пароэжекторными насосами.
Основные геометрические характеристики литейной оснастки приведены в таблице 2,2. Технология многоковшовой отливки сверхкрупного слитка направлена на получение слитков с минимальным содержанием вредных примесей и газов и обеспечение минимальной ликвации и сегрегации элементов в слитке. Технология иллюстрируется на примере крупнейшего отечественного слитка массой 420 т. При отливке слитка 420 использовали две основные и одну кислую мартеновские печи, дуговую печь и установку внепечного рафинирования и вакуумирования стали. Была разработана следующая схема работы этих агрегатов. В ОМП №12 выплавляется шихтовая заготовка для кислой мартеновской печи (ШКП). Перед переливом в КМП шихтовая заготовка обрабатывается на УВРВ с целью глубокой десульфурации. В ОМП №11 выплавляется жидкая заготовка для УВРВ (ШЭП). Завалка в ОМП №11 начинается за 30 мин до выпуска ОМП №12, пуск - за 50 мин до начала перелива шихты кислого процесса (ШКП) с УВРВ в КМП. Ковш с ШЭП устанавливается для обработки на стенд УВРВ, на котором ранее обрабатывалась ШКП, в свою очередь, ШКП переливается в КМП после окончания перелива ШЭП из ОМП в ковш УВРВ. ДСП выпускает три плавки ШЭП подряд. Первая плавка ШЭП выпускается в 70-тонный ковш УВРВ, который выполняет роль подогреваемого копильника. После выпуска второй плавки ШЭП из ДСП-50 металл из электропечного ковша переливается в 150-тонный ковш УВРВ и в него доливается первая плавка из 70-тонного ковша. Общая масса двух плавок составляет НО т. Этот ковш после обработки на УВРВ передается на отливку слитка. Третья плавка варится в ДСП-50 как сталь марочного состава и выпускается одновременно с установкой стопоров во втором ковше УВРВ. Длительность всего периода выплавки стали 25-30 ч, лимитирующим фактором является продолжительность триплекс процесса (ОМП-УВРВ-КМП). Отливку слитка осуществляют в следующей последовательности: 1ый ковш (ОМП-УВРВ-КМП) - 135 т; 2ой ковш (ОМП-УВРВ) - 120 т; Зий ковш (ДСП-50 х 2 - УВРВ)-110 т; 4ый ковш (ДСП-50) - 55 т. С целью снижения ликвации углерода по высоте слитка, его содержание по ковшам дифференцировали: 1ый ковш - 0,35%; 2ой ковш - 0,29%; Зий ковш - 0,24%; 4ый ковш- 0,15%. Температура металла 1595-1610 С. Отливку слитков 142, 235, 290 т на ООО «ОМЗ-Спецсталь» осуществляют по следующей схеме: нечетная плавка ДСП-50 (1, 3, 5) выпускается в 70 тонный ковш и передается на стенд подогрева УВРВ; четная плавка ДСП-50 (2, 4) выпускается в 150 тонный ковш, туда же сливают металл предыдущей нечетной плавки. И так до необходимого количества ковшей. Таким образом, слиток 142 т отливают из одного 150 т ковша; 235 т и 290 т- 2х 150 т ковшей. Температура металла 1600-1615 С. Слитки массой 15,3-60,6 т обычно отливаются серийно. Жидкая заготовка выплавляется либо в основной мартеновской печи, либо в ДСП-50, выпускается в 70 т ковш и обрабатывается на УВРВ. Металл разливается в вакууме, температура металла в ковше 1600-1610 С. Подробно в работе описываются результаты изучения темплета из слитка стали 25ХНЗМФА весом 142 тонны, который был отлит 20 сентября 1973 года из стали, выплавленной дуплекс процессом: основная мартеновская+кислая мартеновская печь(ОМП+КМП) [75]. Конечный состав металла представлен в таблице 2.3. Металл был разлит в вакууме. Температура металла в ковше перед разливкой была 1610-1615 С. Тело слитка отливалось в течение 17 минут 35 секунд (6 т/мин), прибыль 8 минут 55 секунд (4 т/мин) Через 30 минут после окончания разливки прибыль слитка была утеплена вермикулитом и накрыта офутерованной крышкой. Извлечение слитка из изложницы было произведено через 48 часов. На момент извлечения температура слитка ОЫЛа: 1 прибили-OOU L-J 1 тела у прибыли-- о" ) 1 тела у кюмпеля- - 4U 1 кюмпеля- UU k Основным видом дефектов, по которому бракуются заготовки роторов и валов, являются дефекты, выявленные ультразвуковым контролем (УЗК). В таблицах 1-3 приложения 1 приведены данные о соответствии требованиям технической документации поковок, произведенных на Ижорских заводах с 1985 по 2004 год. В таблицах верхняя шейка поковки ротора соответствует верху слитка, бочка - середине слитка, нижняя шейка — низу слитка.
Исследование макроструктуры заготовок из крупных и сверхкрупных слитков (34,5-420 т)
На расстоянии от поверхности более 200 мм ориентировка дендритов исчезает, возникают разноориентированные дендриты с размерами до 10 мм. В этой зоне формируются шнуры диаметром до 10 мм.
Схема отбора проб на химический анализ (табл.3.9) представлена на рисунке 3.21 б. Сравним коэффициенты зональной ликвации по сечению прибылей (таблица 3.3) с данными по 142 т слитку (таблица 3.10).
Видно, что сталь 25ХНЗМФА занимает промежуточное положение между СТ.10ПН2МФА и ст. 20ГС по степени зональной ликвации углерода, серы и хрома и имеет максимальный коэффициент неоднородности по остальным элементам. Интервал кристаллизации, вычисленный по фактическому составу стали в центральной зоне прибыли, также является максимальным. Это может быть связано с большим количеством примесей в кислой мартеновской стали и тем, что прибыль слитка 142 т двухконусная. 3.3. Неметаллические включения (НВ) в литой и кованой стали
Пробы на неметаллические включения отбирались из металла 142 т слитка согласно схеме, представленной на рисунке 3.23. Результаты количественного анализа оксидной фазы неметаллических включений приведены в таблице 3.11. Сравнивая их с результатами исследования металла прибылей (см. таблицы 3.4 и 3.5), можно сделать вывод, что общее количество неметаллических включений в сталях, раскисленных Si и А1 примерно одинаково. Однако, состав оксидов зависит от технологии раскисления. Кислая мартеновская сталь 25ХНЗМФА выплавлялась без присадки алюминия (за исключением алюминия, содержавшегося в ферросилиции), тогда как стали 20ГС и 10ГН2МФА выплавляются с использованием алюминия и кремния в качестве раскислителей. Поэтому, в оксидах кислой мартеновской стали существенно выше содержания Si02, чем в оксидах сталей 20ГС и 10ГН2МФА.
Составы оксидов кислой мартеновской стали (25ХНЗМФА) и низкокремнистой стали типа 26ХНЗМФА, выплавленной с вакуумным углеродным раскислением (ВУР), близки друг другу (см. табл. 3.11 и 3.12). Это объясняется тем, что кремний и в том и в другом случае является раскислителем стали, только у кислой стали это верно для первичных, вторичных и третичных, а для раскисленной углеродом стали - только для третичных оксидов. В оксидах стали ВУР существенно ниже содержание FeO. Общее содержание оксидов, в стали, выплавленной с ВУР в 1,5-2,0 раза ниже.
Нет выраженной связи между содержанием оксидной фазы неметаллических включений и массой слитка (табл.3.4, 3.5, 3.11, 3.12). Как уже отмечалось, приведенные в таблице 3.12. результаты относятся к поковкам роторов из стали типа 26ХНЗМФА. Металл раскислен углеродом под вакуумом, но на обоих японских заводах используют кальций для модифицирования сульфидов. Более высокое содержание Si02 в металле, выплавленном на Ижорских заводах, объясняется низким содержанием алюминия. Происхождение оксидов титана не вполне ясно, и обычно объясняется наличием гарнисажа титансодержащих сталей на футеровке ковша УВРВ. При описании сульфидной фазы металла СКС (табл.3.13) необходимо отметить, что практически не встречается чистых сульфидов марганца. Прослойки и цепочки сульфидов и оксисульфидов располагаются по границам кристаллитов в литом металле (Приложение 2, рис.9-16; 18; 20-22). В металле Ижорского завода сульфиды состоят из серы, марганца и железа, в металле, изготовленном в Японии, в сульфидах имеется кальций.
Металлографические исследования НВ показали, что включения максимальных размеров находятся в верхней трети слитка и не превышают 90 мкм. Современная технология выплавки стали (вакуумное углеродное раскисление, низкое, на уровне 0,003-0,005% содержание серы и фосфора) должна оказывать положительное влияние на качество заготовок, изготовленных из слитков любой массы при сопоставимых условиях ковки и термообработки. Концепция изготовления поковки из слитка минимально возможной массы жестко связывает геометрические размеры поковки с массой и размерами слитка и очень трудно выделить влияние параметров кристаллизации, горячей пластической деформации, скорости нагревов и охлаждений при термической обработке на качество изделия. Поэтому, имеющиеся у нас данные по качеству относительно мелких поковок из крупных и сверхкрупных слитков являются ценным материалом для исследования.
Моделирование процесса затвердевания стального слитка массой 142 т. с одноконусной и двухконусной прибылью
Макроконтроль заготовок роторов и дисков проводится на поверхностях, указанных в чертежах, дважды: после грубой обдирки и после окончательной термообработки. Однородность и плотность металла, отсутствие каких-либо дефектов по поверхности всех контролируемых поковок - общее требование всех технических условий.
При изготовлении из СКС «мелких» поковок, оценка серных отпечатков заготовок из слитков массой 142-420 т проводилась по шкалам НКМЗ в соответствии с массой слитка (15,3-70 т), из которого аналогичная заготовка производится по традиционной технологии изготовления. При этом балл серных отпечатков поковок из 420 т слитка не превышает второго, а поковок из слитков 142-235 т первого, что полностью соответствует требованиям технических условий.
Кроме того, все серные отпечатки поковок из слитков оценивались по максимальной шкале НКМЗ №4; предназначенной для оценки поковок из слитков массой до 200т. Серные отпечатки от диска пок. 705747, расположенного в средней части слитка 420 т, соответствуют баллу 1,5 этой шкалы, а отпечатки от остальных заготовок оцениваются баллом 1. Результаты оценки представлены в таблице 3.15.
Распределение сульфидов в поковках из слитка 420 т сопоставлялось с результатами контроля отечественных и импортных поковок из слитков 360-420 т. Серные отпечатки металла поковок из слитка 420 т и японских поковок несколько отличаются от серных отпечатков металла отечественных слитков 360 т. Сульфидные скопления расположены по границам дендритов (Приложение 2, рис. 9, 10), тогда как в металле заготовок из 360т слитков в подприбыльной зоне зафиксированы радиально расположенные "паукообразные" прерывистые сульфидные цепочки (Приложение 2, рис, 11 -13). Характер распределения серы в поковках указывает на первоначальное наличие несплошностей в виде трещин в осевой зоне слитка. Но в поковке из слитка 360 т ультразвуковой контроль дефектов и изучение макроструктуры дефектов не обнаружили, а в поковке из слитка 235 т были обнаружены дефекты типа МКГТЛ Это доказывает возможность залечивания межкристаллитных трещин.
Наиболее загрязненная сульфидными включениями зона располагается в средней части слитка массой 420 т. Макротравление персульфатом аммония показывает несколько повышенную травимость и более грубую дендритную структуру заготовок из слитка 420 т (Приложение 2, рис. 17) по сравнению с металлом, произведенным Джапан Стил и Кобе Стил. Макроструктура металла отечественных и японских заготовок дополнительно изучалась методом травления на дендриты реактивом Обергоффера (Приложение 2, рис. 18 — 23). При этом удалось определить как протяженность осей 1-го порядка в осевой зоне поковки из слитка 420 т (15-20 мм), так и %i (1,7-2,0 мм), которые мало отличаются от характеристик литой структуры (Приложение 2, рис.17). На рисунках 31 - 34, 37, 38 (см. приложение 2) приведены типичные серные отпечатки поковок, изготовленных из крупных слитков (15,3-70 т). Балл серного отпечатка для всех представленных развесов не превышает 1 шкалы НКМЗ №1. Это значит, что все представленные поковки, вне зависимости от массы слитка из которого они изготавливались, удовлетворяют самым жестким требованиям и не имеют ярко выраженной сегрегации серы по сечению слитка. В современном крупном и сверхкрупном слитке зональная сегрегация сопоставима и находится на минимальном уровне для 20 т слитка, отлитого 40 лет назад, когда разрабатывалась шкала НКМЗ. Для количественной оценки серных отпечатков была использована методика, описанная в главе 2. Результаты обработки серных отпечатков слитков 142 и 235 т (Приложение 2, рис. 24-30) по данной методике приведены в таблицах 3.17 и 3.18. Для всех представленных в таблице объектов, кроме осевых трепанов поковок из слитков 360 и 420 тонн, серные отпечатки оцениваются 1 баллом шкалы НКМЗ №1. На анализаторе изображения «Thixomet» были оценены следующие параметры отпечатков: S - относительная площадь потемнения на серном отпечатке; п - количество серных пятен на ед. площади отпечатка. Степень потемнения S может служить критерием годности слитка, т.к. позволяет определить «подозрительную» поковку. При сравнении 142 и 235 т. слитков видно, что в забракованных по УЗК поковках степень потемнения в центре существенно выше, чем у годных поковок (см. табл.3.19). При этом ни средняя площадь одного сульфидного пятна (К), ни среднее расстояние между центрами пятен (1) не могут служить критериями годности, т.к. их значения не зависят от качества поковки. По нашему мнению, расстояние 1 может быть связано с параметрами дендритной структуры Х\ и Х,2. Если сравнить данные по поковкам из 142 т слитков, приведенные в таблице 3.18 с данными рис.3.20, можно отметить примерное соответствие 1пов - А,] и 1це„тр - Х2 Далее сравниваются характеристики качества мелких поковок, изготовленных по обычной технологии (1 слиток - 1 поковка) из слитков массой 15,3-60,6 т, с аналогичными по размеру поковками, изготовленными из сверхкрупных слитков 142-420 т. Втулки изготавливаются из шеек забракованных поковок без применения пластической деформации. Заготовки маховиков производятся осадкой с протяжкой, а роторов и валов исключительно протяжкой. Подробные характеристики изученных заготовок приведены в таблице 6 Приложения 2. Анализ результатов УЗК заготовок роторов, втулок и маховиков, изготовленных из СКС (табл.3 Л 9), показал, что только две заготовки маховиков, изготовленных из слитков массой 142 т с осадкой, в зоне осевого отверстия имели дефекты по УЗК. В поковке маховика № 634895 дефект представлял собой заков шириной 180 мм, глубиной 85 мм и длиной (по дуге) 700 мм, предположительно, образовавшийся при осадке заготовки. В поковке маховика № 800246 в зоне осевого отверстия наблюдалась зона дефектов 0ЭКв. 4 мм, распространяющегося на 115 мм в тело заготовки. Макроконтроль обнаружил здесь черновину, выходящую на расточку. При УЗК заготовки втулки, изготовленной из слитка массой 142 т (пок. 502382), вблизи осевого отверстия обнаружены 2 зоны дефектов 0ЗКВ. 2-5-3,5 мм, размеры дефектных зон 60x35 мм и 145x70 мм. После дополнительной расточки осевого отверстия маховиков и втулки дефекты были полностью удалены, а заготовки сданы заказчику. Заготовка маховика пок. 800245 была окончательно забракована по результатам УЗК. В осевой зоне заготовки обнаружена черновина и зона «непроходных» дефектов диаметром 300 мм. Кроме того, обнаружено 2 одиночных дефекта 0ЭКВ3,5 и 4,0 мм, что не удовлетворяет требованиям технических условий, предъявляемых к металлу заготовки.
