Miként befolyásolják a mikro-ötvözött acélok keresztirányú sarkiporcképződést a folyamatos öntési folyamatban?

A folyamatos öntés az acélgyártás egyik alapvető technológiai lépése, amely lehetővé teszi, hogy az acél gyorsan és hatékonyan kerüljön formázásra a kívánt öntvényekbe. A mikro-ötvözött acélok, melyek olyan elemeket tartalmaznak, mint a Ti, Nb, V, B, és Al, az egyik legfontosabb alapanyagokká váltak az ipar számára, mivel ezen elemek segítenek javítani az acél mechanikai tulajdonságait, mint a szilárdság és a szívósság. Azonban ezzel párhuzamosan számos technológiai kihívással kell szembenézni, mivel ezek az anyagok hajlamosak a felületi repedések kialakulására a folyamatos öntés során. Különösen a keresztirányú sarkiporcképződés jelenti az egyik leggyakoribb hibát, amely minőségi problémákhoz vezethet az öntvények következő feldolgozási lépéseiben, például a hengerműben. Ez a jelenség gyakran éles peremrepedéseket, torzulásokat és a szélénél tört éleket eredményez, amelyek nagymértékben rontják a termék minőségét és csökkenthetik a gyártási hatékonyságot.

A keresztirányú sarkiporcképződés mechanizmusa összetett folyamat, amely a folyamatos öntés során történő szilárdulás és a kémiai összetevők reakciói közötti kölcsönhatásokat vonja maga után. Az öntvények szilárdulása során a különböző mikro-ötvöző elemek, mint a Ti, Nb, V, B és Al, hajlamosak reagálni a szénnel és a nitrogénnel, amely szilárd fázisként karbonitrid formájában jelenik meg a szilárduló szerkezetben. A karbonitridok, mint szilárd oldatanyagok, a kristályosodás során a szemcsék határvonalainál koncentrálódnak, ahol a szilárd–folyékony interfész koefficiens alacsony, ezáltal elősegítve az ötvözetek szegregációját. Az acél szerkezetének ezen specifikus tulajdonságai nagy mértékben befolyásolják a repedések kialakulásának valószínűségét.

Az acél gyártásának ezen szakasza rendkívül érzékeny a hőmérsékleti változásokra, a lehűlési sebességre és a különböző ötvöző elemek mennyiségi eloszlására. A mikro-ötvözött acélok esetében az ötvöző elemek, különösen a Ti és Nb, hajlamosak a szilárd–folyékony fázis közötti egyenetlenségekhez, ami a sarkokban lévő szemcsék határainál a legnagyobb mértékű feszültséget eredményezheti. Ez a feszültség viszont kedvező környezetet teremt a keresztirányú sarkiporcképződés számára.

A megoldás érdekében különböző új technológiák és eljárások kerültek kifejlesztésre, amelyek célja a repedések előfordulásának csökkentése és a szerkezet javítása. Az egyik ilyen technológia a konvex alakú formák alkalmazása, amelyek javítják az öntvények szilárd- és folyékony fázis közötti egyensúlyt, valamint a másodlagos hűtési zónában történő szemcseméret-refinálás. Ezen új eszközök és technikák alkalmazásával jelentősen csökkenthető a keresztirányú sarkiporcképződés kockázata, lehetővé téve a mikro-ötvözött acélok hatékonyabb és gazdaságosabb gyártását.

Fontos megérteni, hogy a folyamatos öntés nem csupán egy egyszerű fémfeldolgozási lépés, hanem rendkívül összetett folyamat, amelyben számos kémiai és fizikai tényező hatással van a végső termék minőségére. A repedések és a hibák kialakulása nem csupán a technológiai környezet beállításától függ, hanem az alkalmazott ötvözetek specifikus kémiai reakcióitól is, amelyek hatással vannak az acél szilárd- és folyékony fázisainak viselkedésére. A repedések megelőzésének kulcsa abban rejlik, hogy az ötvöző elemek és a hűtési eljárások optimalizálásával biztosítsuk a stabil kristályosodást, miközben minimalizáljuk a szegregációt és a fokozott feszültségeket.

Hogyan szabályozható a széles, vastag lemez hosszanti homorulata az új folyamattal és milyen hatásai vannak az alkalmazásnak?

A vastag lemezek folyamatos öntési folyamata során jelentkező hosszanti homorulatok a széles oldalak sarkainál súlyos problémát jelentenek, melyeket a hagyományos sík öntőformák nem képesek hatékonyan kezelni. A folyamat során a lemez szűk oldalán kialakuló zsugorodás és deformáció nem kompenzált, így a széles oldal sarka körül nagy interfész rés alakul ki, melyet a töltőanyag koncentrált jelenléte és a levegőbuborékok okoznak. Ez a "forró pont" a lemez anyagának szilárdulási folyamatában olyan hőmérsékleti környezetet teremt, amely kedvez a hosszanti homorulatok kialakulásának.

A szűk oldali kidudorodás dinamikus tényezőként járul hozzá a széles oldali homorulat létrejöttéhez. Amikor a szűk oldalú héj elhagyja a görgős támasztékot, elveszti annak támogatását, és a ferrostatikus nyomás hatására kifelé hajlik, ami a széles oldal sarkánál elforduláshoz és besüllyedéshez vezet. A folyamat során az érintett terület szilárdulásának végén a "lágy csökkentés" kiegyenlíti a homorulat két oldalát, így alakul ki végül a hosszanti depresszió.

A hosszanti homorulat hatékony kontrollja két fő tényezőre épül: a "forró pont" megszüntetésére a szilárdulási folyamat során és a szűk oldali kidudorodás megelőzésére a görgős zóna elhagyása után. Az új technológia kulcsa a görbült szűk oldali öntőforma alkalmazása, amely kompenzálja és támogatja a lemez zsugorodását, megakadályozva a széles oldal sarok körüli túlzott réshézag kialakulását. Ez egyenletesebbé teszi a héj hőátadását az öntőformában, és csökkenti a helyi túlmelegedést.

Emellett a másodlagos hűtés magas hőmérsékleti zónájában végzett gyors hűtési folyamat nem növeli a mikötött acél törékenységét, hanem erősíti a szűk oldali héj ellenállását a kidudorodással szemben, tovább csökkentve a széles oldal sarkán kialakuló "forró pontot". Az új eljárás alkalmazásával a gyakorlatban sikerült megszüntetni a széles oldal sarkánál megjelenő hosszanti homorulatokat és a felszíni, valamint felszín alatti repedéseket, ami jelentős előrelépést jelent a vastag lemezek minőségi és hatékony előállításában.

Az új technológia bevezetése nemcsak a lemezek felületi hibáit szüntette meg, hanem a korábban szükséges utólagos lángtisztítási műveleteket is feleslegessé tette. Ezáltal a gyártási folyamat egyszerűbbé, gyorsabbá és gazdaságosabbá vált. A stabil alkalmazás több mint három éve folyamatosan bizonyítja a módszer megbízhatóságát.

Fontos megérteni, hogy a vastag lemezek öntési folyamatában a mechanikai és termikus viselkedés komplex kölcsönhatásai alakítják ki a végleges szerkezetet. Az interfész rések, hőmérsékleti eltérések, zsugorodás és mechanikai terhelések összefonódása együttesen befolyásolja a hibák kialakulását. Ezért a hőátadás optimalizálása és a héj mechanikai támogatása nem választható szét, hanem egymást kiegészítő tényezők a homorulatok kontrolljában. A folyamatos fejlesztések során ezért elengedhetetlen a hő- és mechanikai szimulációk alkalmazása, valamint a valós üzemeltetési adatok folyamatos visszacsatolása a technológia tökéletesítéséhez.

Továbbá, a vastag lemezek gyártásának minősége nemcsak a repedések és homorulatok csökkentésében mérhető, hanem a lemez teljes szerkezeti integritásában is, amely befolyásolja az utófeldolgozási és felhasználási lehetőségeket. Ezért a technológiai fejlesztések hatása a gyártás minden szakaszában komplex és többdimenziós, melynek megértése és figyelemmel kísérése elengedhetetlen a magas minőségű végeredmény eléréséhez.