در بررسی عیوب ریخته گری شمش فولادی باید گفت پس از استخراج آهن از سنگ‌های معدنی آن را به شکل شمش فولادی در می‌آورند، این شمش‌ها خود به روش ریخته‌گری تولید می‌شوند و پس از آن برای تولید محصول نهایی وارد خط شکل‌دهی خواهند شد.
مشکل اصلی این است که گاهی شمش‌های ریختگی کیفیت چندان مناسبی ندارند و عیوب ریخته گری شمش فولادی به وفور در آنها دیده می‌شود .
متاسفانه ساده‌ترین عیوب ریخته گری شمش فولادی نظیر مک و آخال تاثیر بسیاری بر روی کیفیت محصول نهایی خواهد داشت. تنها راه حذف کردن عیوب شمش فولادی بررسی دقیق آنها برای شناخت علل پیدایش است.
در سال‌های اخیر تکنولوژی تولید در خط ریخته‌گری تغییرات خوبی را تجربه کرده است. در حال حاضر کارخانه‌های داخلی هم می‌توانند با کمترین عیوب شمش‌های فولادی به صورت کربنی و سوپر آلیاژ تولید کنند.
انواع عیوب ریخته گری شمش فولادی
عیوب شمش فولادی در ریخته گری در سه گروه دسته بندی می‌شوند که عبارتند از:
- عیوب سطحی Surface Defects
- عیوب داخلی Internal Defects
- عیوب هندسی Profile Defects
عیوب سطحی در ریخته گری شمش فولادی
این عیوب عموما در سطح محصول قابل رویت می باشند و به طور کلی در 23 عنوان طبقه بندی می گردند:
- ترک طولی گوشه شمش Corner Crack (Lenghwise)
- ترک طولی سطح شمش Face Crack (lengthwise)
- ترک عرضی گوشه شمش Corner Crack (Crosswise)
- ترک عرضی سطح شمش Face Crack (Crosswise)
- ترک مویی شبکه ای سطح شمش Network Of Hair Crack
- گود افتادگی طولی Longitudinal Hollow
- گود افتادگی عرضی Transiverse Hollow
- خمش گوشه ای Bleeding
- رویه هم افتادگی فلز (دو پوستگی) Overlapping Metal
- ورقه شدن سطحی Plating
- اثر نوسان Reciprocating Marks
- دیواره بدلی False Wall
- موجدار شدن سطح (مد بار) Surge
- کمربند (توقف ذوب ریزی) Casting Stoppage
- قطرات فلز (اسپری) Sprying
- لکه سطحی Dirt
- آخال سرباره ای Slag Inclusions
- خط انداختن سطح Surface Scoring
- مک گازی (حفرات گازی) Blowholes
- ریز مک (حفرات سوزنی) Pinholes
- سوراخ شدن سطح Breakout
- عیوب خاص سطحی Fin-Carurization-Hot Shoatness
- مک گازی (حفرات گازی) Blowholes
یکی دیگر از عیوب شمش فولادی که سبب بروز نگرانی می‌شود، حفرات گازی هستند. این حفرات در اثر خروج گازهایی مانند گاز هیدروژن و اکسیژن از درون ماده‌ای که هنوز به طور کامل منجمد نشده و حالت خمیری دارد ایجاد می‌شود.
این گازها به دلیل ترکیب شیمیایی آلیاژ، اکسیژن‌زدایی نادرست و واکنش با قالب به وجود می‌آیند. اگر این مک‌ها در شمش ایجاد شوند، سبب شکل‌گیری ترک‌های ریز، پارگی در قطعات نوردی و کاهش خواص مکانیکی می‌شود.
جلوگیری از ایجاد مک گازی
برای از بین بردن این عیوب شمش فولادی چند راه حل وجود دارد که مهمترین آنها عبارتند از:
- اکسیژن‌زدایی مذاب در کوره
- افزایش شدت خنک‌کنندگی به کمک مبردها و ایجاد دانه‌بندی محوری از کف قالب
- استفاده از روانکار درون قالب و راهگاه
ریز مک‌ها
نوع دیگری از حفرات گازی را ریز مک می‌نامند. ریز مک‌ها را می‌توان از عیوب شمش فولادی دانست که در انواع فولادهایی که اکسیژن‌زدایی شده یا نشدند دیده می‌شود. این حفرات در بخش‌های نزدیک به سطح قطعه قابل مشاهده هستند.
علت بروز چنین نقصی حبس و تجمع گاز اکسیژن و هیدروژن در مذاب است. همچنین مرطوب بودن سطح قالب، اکسیداسیون مجدد مذاب بین تاندیش و قالب، نوع روانکار، کیفیت ماسه نیز جر پارامترهای موثر بر ریز مک‌ها هستند.
برای از بین بردن عیوب شمش فولادی مانند ریز مک چند روش ابداع شده است. اگر کشتن فولاد با آلومینیوم به جای سیلیسیم انجام شود، درصد بیشتری گاز اکسیژن حذف خواهد شد. همچنین اگر در شارژ کوره از مواد خشک استفاده شود و عملیات سرباره‌گیری انجام گردد احتمال بروز این مشکل کاهش می‌یابد.
رفع کامل مشکلات شمش فولادی مانند ریز مک امکان‌پذیر نیست. در هنگام خرید باید توجه داشته باشید که شمش استاندارد به ازای هر 1 متر 12 عدد حفره می‌تواند داشته باشد. چنین محصولی را برای خطوط نورد میلگرد می‌توان به کار برد. شما می‌توانید با مراجعه به سایت آهن اسپات از مشخصات تولیدکننده و قیمت محصولاتی مانند شمش و میلگرد اطلاع کسب کنید.
عیوب داخلی شمش فولادی
عیوب داخلی شامل عیوبی می گردد که در برش عرضی محصول قابل رویت هستند و از سطح معمولا دیده نمی شوند و در نهایت در تولید محصولات نهایی همچون تیرآهن و میلگرد تاثیرگذار می باشد.
ترک های عرضی و طولی می تواند در زیر سطح ادامه داشته باشد بی آنکه به سطح راه پیدا کنند. در هر حال ترک های داخلی عموما طویل تر از ترک های سطحی هستند و منجر به عیوب تورق در محصولات نوردی از جمله تیرآهن و میلگرد می‌گردند.
درصد عیوب شمش فولادی در تعیین قیمت و ارزش آنها موثر هستند. عیوب داخلی به مجموعه‌ای از عیب‌های مشکل‌زا گفته می‌شود که در درون قطعه هستند و تنها با کمک روش‌های NDT و یا برش عرضی قطعه قابل تشخیص هستند.
وجود چنین عیوبی خواص مکانیکی مانند استحکام شکست، چقرمگی، سختی و… را به شدت می‌کاهد. برای پیشگیری از این عیب باید مانیتورینگ را بهبود داد و در طی تولید نمونه‌گیری انجام شود.
ترک‌های عرضی و طولی از مشکلات شمش فولادی به صورت داخلی به شمار می‌روند. این ترک‌ها قابلیت رسیدن به سطح نمونه را دارند. اگر از چنین شمشی ورق تولید شود، پیشگیری از پدیده تورق تقریبا غیر ممکن است. اگر هم میلگرد نوردی را از این شمش‌ها بخواهند تولید کنند باید با عملیات حرارتی در ابتدا این مشکلات را حل کرده باشند.
انواع عیوب داخلی ریخته گری شمش فولادی
عیوب داخلی شمش عبارتند از:
- ترک ستاره ای Star Shipped Cracks
- ترک قطری Diagonal Crack
- نیم ترک Half Way Crack
- ترک ناشی از لهیدگی Squashing Cracks Caused By The Extraction Stand
- ترک داخلی ناشی از عدم یکنواختی خنک کاری Cracks By Uneven Cooling
- ترک مرکزی Center Cracks
- ترک طولی زیر سطحی Longitudinal Sub Surface Cracks
- حفره انقباضی (نایچه) Shrinkage (Central Defects)
- جدایش Segregation
- اخال غیرفلزی Non Metalic Inclusion
- آخال سرباره ای Slag Inclusions
انواع ترک در شمش فولادی
بروز هر عیب مک مانندی می‌تواند تعیین‌کننده کیفیت قطعه نهایی باشد. یکی از نگرانی‌های مهندسان بروز مجموعه‌ای از عیوب شمش فولادی به نام ترک‌ها هستند. ترک می‌تواند به صورت داخلی، سطحی و مرکزی شکل بگیرد. در یک نگاه کلی باید گفت که شمشی که کمترین میزان عیوب داخلی، انقباضات و… را داشته باشد در بازار هم ارزش بیشتری پیدا خواهد کرد.
1. ترک داخلی
ترک‌های داخلی به دلایل مختلفی پدید می‌آیند. یکی از شایعترین دلیل‌ها هم استفاده نادرست از مبردها و طراحی سیستم خنک کاری است. نوع ترکیب شیمیایی و وجود عناصری مانند گوگرد و فسفر هم می‌توان از دیگر علت‌های این حادثه باشد. برای حل این عیوب شمش فولادی باید دما ذوب ریزی و محل قرارگیری نازل تاندیش را تغییر داد. در صورتی که به چنین عیوبی کم اهمیتی شود، پارگی شمش حین نورد رخ خواهد داد.
2. ترک مرکزی
یکی از عیوب شمش فولادی به وجود آمدن ترک در مرکز قطعه است. دمای بالای ذوب، سرعت بالا در پر کردن قالب، فشار بیش از اندازه غلتک‌های صاف‌کننده، وجود عنصر کروم، خنک‌کنندگی شدید و مبرد گذاری نادرست از دلایل بروز ترک مرکزی به شمار می‌روند. اگر از چنین شمشی میلگرد تولید شود، مقطع میلگردها آسیب دیده خواهد بود. بنابراین برای جلوگیری از پیدایش این ترک‌ها باید سیستم خنک کاری و فشار را بهبود داد.
3. ترک زیر سطحی
از دیگر عیوب شمش فولادی بروز ترک‌هایی در راستای طول در زیر سطح قطعه است. کیفیت شمش به شدت افت می‌کند. در صورت عمودی بودن شکل ترک می‌توان با مقطع زدن به صورت عرضی و ماکرو اچینگ آن را دید. علل شکل گرفتن ترک‌های زیر سطحی شامل:
- عدم یکنواختی در خنک‌کنندگی قالب
- قالب‌های دارای فرورفتگی‌های متعدد
- دمای بالا ذوب در هنگام پر کردن قالب
- وجود درصد بالای گوگرد در مذاب
احتمال بروز چنین مشکلات شمش فولادی در درصد کربن حدود 0.17 تا 0.25 درصد محتمل است. برای حل آن هم روش‌هایی مانند گوگردزدایی با افزودن منگنز، بهبود طراحی قالب، تغییر دمای ذوب ریزی و کنترل نازل‌های سردکننده ثانویه هم پیشنهاد شدند.
عیوب هندسی شمش فولادی
عیوب هندسی شامل تغییر شکل در مقطع عرضی از شکل هندسی واقعی محصول می شوند. عوامل زیادی باعث به وجود آمدن عیوب هندسی می‌شوند اما عیوب هندسی عموما با نارسایی و یا غیر یکنواختی سیستم خنک کننده ارتباط دارند لذا در اغلب اوقات عیوب هندسی با ترک ها ظاهر می گردند.
سرعت بیش از حد ریخته گری و دمای بیش از اندازه در ریخته گری به همراه عوامل ذکر شده شرایط را برای ایجاد این عیوب شمش فولادی مهیا می‌سازد و در نهایت بر شکل ظاهری محصولات نورد از جمله میلگرد و تیرآهن نیز تاثیرگذار می باشد.
انواع عیوب هندسی ریخته گری شمش
لوزی شدن Rhomboidity
بادکردگی Swelling
فرورفتگی Concavity
خمیدگی شمش Bending
غیر یکنواختی پیشانی شمش Uneven
پیچیدگی شمش Twist
انقباضات در عیوب ریخته گری شمش فولادی
انقباض در حین ریخته‌گری یکی از مهمترین مشکلات شمش و پیدایش عیوب شمش فولادی است که در طی فرایند انجماد رخ می‌دهد. هم زمان با سرد شدن شمش ریختگی از منطقه جامد تا دمای محیط، اختلافی در ضریب انبساط خطی، ویسکوزیته پایین مذاب و کمبود مذاب در تغذیه به وجود خواهد آمد. این اختلاف منجر به منقبض شدن ماده و در نهایت ایجاد حفره در مرکز قطعه خواهد شد.
با بررسی دقیق عیوب شمش فولادی می‌توان روش‌هایی برای بر طرف کردن آنها هم یافت. برای حل مشکل انقباض هم باید تعداد مبردها را بهینه کرد. همچنین محل قرارگیری و تعداد تغذیه‌ها در قالب را تغییر داد. در نهایت سرعت ذوب ریزی را هم در حد بهینه‌‌ای انتخاب کرد که قالب پیش از سرد شدن مذاب و کاهش ویسکوزیته پر شود.
1. جدایش؛ از عیوب ریخته گری شمش فولادی
ایراد جدایش از شایعترین عیوب شمش فولادی و قطعات تولید شده به روش ریخته‌گری است. جدایش یعنی جدا شدن عناصر آلیاژی از مذاب. بروز چنین عیبی در شمشی که قرار است نورد شود می‌تواند منجر به پارگی ورق‌ها و کاهش خواص مکانیکی شود.
2. آخال؛ عیوب ریخته گری شمش فولادی
آخال به ذرات کاربیدی گفته می‌شود که در مذاب به وجود می‌آیند. این عیوب شمش‌های فولادی می‌تواند به علت جدا شدن تکه‌های جداره قالب و کوره یا ایجاد ترکیبات فلزی اکسید شده در قطعه منجمد شده ایجاد مناطق تنشی کند. در حالت کلی برای رفع چنین عیبی راهکارهای زیر می‌توانند مفید باشند:
- محافظت از ذوب تزریق گاز خنثی
- تغییر جنس جداره نسوز
- کشتن فولاد و کاهش اکسیژن
از دیگر عیوب ریخته گری شمش فولادی آخال‌های سرباره‌ای هستند. اگر عملیات سرباره‌گیری به درستی انجام نشود و یا اپراتور با شکستن لایه سرباره سبب غوطه‌وری تکه‌های آن شود، این آخال شکل می‌گیرد. برای حذف این مشکل بهتر است جریان مذاب در حین سرباره گیری دچار تلاطم نشود.
3. عیوب هندسی
تغییر در مقطع عرضی از عیوب شمش فولادی به شمار می‌رود. نقص‌های هندسی به علت سیستم خنک‌کنندگی نادرست پدید می‌آیند. در نهایت سبب ساخت و گسترش ترک در داخل قطعه خواهند شد. برای کاهش احتمال بروز این عیب بهتر است سرعت و دمای ذوب ریزی در حد بهینه انتخاب شوند.
4. لوزی شدگی
یکی دیگر از عیوب ریخته گری شمش فولادی عیب لوزی شدگی است. منظور از لوزی شدن تغییر در اندازه بین دو قطر مقطع شمش و بیضی گراییدن مقطع دایره‌ای است. اندازه و رواداری در لوزی شدن تا 7% و خواست مشتری می‌تواند تغییر کند. اگر بیشتر از حد استاندارد باشد، زوایای گوشه‌ها می‌تواند منجر به پیشروی ترک شود.
برای برطرف کردن عیوب شمش فولادی که به دلیل لوزی شدگی پدید می‌آیند راه‌های زیر پیشنهاد شده است:
- بررسی مسیر مبردها و سیستم خنک‌کننده
- بررسی تعداد رولرهای راهنما
- ترمیم ساییدگی‌های قالب
- تراز کردن غلتک‌های صاف‌کننده
5. خمیدگی شمش
به عیوب ریخته گری شمش فولادی که بر اثر انحراف از امتداد محور پدید آیند خمیدگی گفته می‌شود. علت بروز آن می‌تواند اعمال نیرو مکانیکی و خنک‌کاری ناهمگن باشد. به عبارتی اختلاف جریان حرارتی سطح و مرکز شمش در حال انجماد عامل چنین عیبی خواهد بود.
طبق استاندارد حداکثر میزان مجاز خمیدگی شمش یک سانتی‌متر به ازای هر متر می‌باشد. توجه شود که با چنین شمشی معیوبی نمی‌توان مقاطعی مانند میلگرد را تولید کرد.
خرید شمش فولادی از آهن اسپات
عیوب ریخته گری شمش فولادی در ریخته گری به وفور یافت می‌شود. بروز این عیب‌ها کاهش ارزش شمش از نظر متالورژیکی و اقتصادی را در پی خواهد شد. بنابراین تولیدکنندگان باید با توجه به استانداردها روش تولید بهینه و علل بروز چنین نواقصی را بررسی کنند تا درنهایت بتوانند شمش فولادی مناسب را به بازار عرضه کنند.
شما می‌توانید با مراجعه به سایت آهن اسپات قیمت دقیق آهن آلات مانند میلگرد و شمش‌های فلزی مشاهده نمایید. تمامی اطلاعات مندرج بر روی این سایت بر اساس آخرین تغییرات بازار به‌روزرسانی می‌شوند.
بسیار عالی و کامل سپاسگزارم
ممنون از اطلاعاتی که دادید