«К вопросу о причинах образования трещин на литых башнях производства завода № 112». Отчет 1943 года

Борьба за сталь

«Сормовский урод» — именно так именовали танкисты Т-34, произведенные на заводе «Красное Сормово» (завод №112), что под городом Горький. Интересно, именно на этом предприятии в 1920 году построили первый в СССР танк, но позже смогли отличиться не самым высоким качеством выпуска Т-34. На первых порах танк из Горьковской области не снискал уважения из-за трещин в броне, что резко снижало живучесть машины в бою. Эпопею ликвидации критических производственных недостатков в башенном производстве на «Красном Сормово» приводим в объемном документе, хранящимся в Российском Государственном архиве экономики.

Необходимые пояснения.

Отпуск — технологический процесс, заключающийся в термической обработке закалённого на мартенсит сплава или металла, при которой основными процессами являются распад мартенсита, а также полигонизация и рекристаллизация. Высокий отпуск проводят при температурах 500—680 °C. При этом остаётся высокая прочность и пластичность, а также максимальная вязкость. Высокому отпуску подвергают детали, воспринимающие ударные нагрузки (броня, зубчатые колёса, валы).

Прибыль (в литейном производстве) — верхняя, нижняя или боковая часть стального слитка (отливки), габариты которой выступают за пределы требуемых размеров. Её назначением является подпитывание отливки жидким металлическим расплавом в ходе его затвердевания.

Метод Бринелля — стандартизированный метод определения твёрдости в материаловедении, основанный на вдавливании в исследуемый металл твердосплавного шарика диаметром от 1 до 10 мм.

Ликвационный процесс - сегрегация, неоднородность химического состава стали, возникающая при его кристаллизации.

Введение

Данная работа является продолжением работы, проведённой ранее бригадой ЦНИИ-48 совместно с заводом № 112, в которой устанавливался характер и количество пороков броневого литья и причины их образования. В числе других пороков в этой работе рассматривались трещины.

Если в отношении раковин, засоров пленок и других пороков в той работе были сделаны достаточно определенные выводы, то в отношении трещин такой определенности достигнуть не удалось. Недостаточная полнота и достоверность исходных данных /паспортов/ не позволяла это сделать. Были высказаны только предположения о причинах образования трещин и наметились те производственные участки, на которых эти трещины образуются.


Тем не менее были сделаны некоторые предложения по борьбе с трещинами, основанные на сложившихся в результате работы представлениях о причинах образования этого порока.

Излагаемая ниже работа целиком касается только вопроса образования трещин на башнях. Эта работа, как и предыдущая, проводилась на продукции валового производства. Однако данные, послужившие для составления выводов, в этом случае были получены в результате непосредственного наблюдения лиц, проводивших эту работу.

Ввиду ограниченного времени и ограниченного количества людей, выделенного на эту работу, в задание был включён минимум вопросов. На совещании с главным металлургом завода, тов. БОРОВИКОВЫМ А.А., было решено выяснить.

а) целесообразно ли до отрезки прибылей пропускать башни через высокий отпуск;

б) какую твёрдость имеют башни до предварительного высокого отпуска и после него;

в) целесообразно ли стремиться к максимальному сокращению интервала между моментом окончания отрезки прибылей и моментом посадки башен на последующий высокий отпуск;

г) появляются ли новые трещины после закалки и низкого отпуска или происходит увлечение размеров трещин, которые образовались раньше, до термической обработки, не были заверены.

д) уменьшается ли количество трещин на башнях, отлитых с уменьшенным припуском (15 мм) на механическую обработку по боковой поверхности кольца башни и увеличенным припуском (до 35 мм) на его торцевой поверхности.

Все эти вопросы было намечено выяснить путём наблюдения за поведением 4–6 деловых плавок, из металла которых было бы отлито не менее 4 башен от каждой.

В процессе работы появилась возможность вести аналогичные наблюдения за башнями марки 44Л, так и за башнями марки 8С. Поэтому в результате работы дополнительно получены сравнительные характеристики обеих марок в отношении их способности к образованию трещин на кольце башни.

Излагаемая ниже работа фактически проведена на более значительном количестве плавок, чем предполагалось в соответствии с намеченным планом. Это видно даже по количеству использованных в отчёте плавок. Из этих данных следует, что всего было использовано 29 башен (8 плавок) из стали марки 8С и 58 башен (30 плавок) из стали 44Л, хотя прошло под наблюдением сотрудников бригады фактически больше башен и плавок.

Следует заметить, что трещины, о которых идёт речь в данной работе, обнаруживаются исключительно на кольцевой части башни после её обточки. Величину этих трещин можно характеризовать так: ширина их не допускает прохода в них острия перочинного ножа; располагаются они обычно радиально по отношению к кольцу, причём часто пересекают всю толщину кольца, реже только часть её. Длина (или иначе глубина) подавляющего количества трещин не превышает 30–35 мм, реже доходит до 50–60 мм. Для трещин указанного типа характерна извилистая форма очертания.

Все эти трещины носят исправимый характер. Подобно раковинам, они завариваются. Самым большим их неудобством для завода является необходимость выполнять связанные с таким ремонтом работы и задерживать для этой цели башни в процессе производства. Степень опасности их в незаваренном состоянии для живучести башен в условиях эксплуатации последних никто до сих пор не определял.

Помимо трещин поправимого характера, в данной работе рассматриваются крупные закалочные трещины как на кольце, так и на нише башни. В большинстве случаев эти трещины имеют неисправимый характер, но встречаются они значительно реже, чем трещины исправимого характера, о которых сказано выше и которые составляют главный предмет данной работы.

Работа проводилась бригадой сотрудников ЦНИИ-48 в составе: инженеров КАПТЮГ И.С., ХМЕЛЕВСКОГО Р.Г. и ОЛЬХОВОЙ и руководителя бригады инженера ФЕДОСЕЕНКО Г.И.

В наблюдении за башнями на различных производственных участках принимали участие от лаборатории завода № 112 лаборантки: РЫВАНОВА Т.А., ШАМШИНА Н.А. и КУДАВКИНА А.Е.

Особо следует отметить участие в данной работе главного металлурга завода, тов. БОРОВИКОВА А.А., который оказал ценную помощь бригаде как личными советами и указаниями, так и административно-организационными мероприятиями.

Отчёт составил КАПТЮГ И.С.

Влияние высокого отпуска на образование трещин на кольце башни

При систематизации материалов, характеризующих состояние производства броневого литья на заводе №112, можно было заметить, что высокий отпуск и в какой степени он предупреждает образование трещин на последующих операциях.

Для этой цели в двух плавках марки, но и в четырёх плавках марки 44л не все башни перед отрезкой прибылей были подвергнуты высокому отпуску.

Из сопоставления данных по трещинам на предварительно отпущенных и не отпущенных башнях одной и той же плавки следует, что для стали марки 8с совершенно недопустимо производить отрезку прибылей, не пропустив остывавшие в земле башни через предварительный высокий отпуск.

В то время как на башнях, проходивших предварительный высокий отпуск, трещины либо не наблюдается, либо насчитываются в количестве 1–2 штук, на башнях тех же плавок, не проходивших предварительный высокий отпуск, насчитываются 20–25 трещин.

Сталь марки 44л в этом отношении ведёт себя иначе. Несмотря на отсутствие предварительного высокого отпуска, трещины на отпущенных башнях не только меньше, но в ряде случаев трещин совсем нет. В то же время на остальных башнях тех же плавок трещины наблюдаются.


Среди плавок марки 44л несколько выделяется только плавка 80373. В этой плавке башня 1564, проходившая предварительный высокий отпуск, имеет больше трещин, чем остальные башни этой плавки, проходившие предварительный высокий отпуск. Но и в этом случае количество трещин (5 штук) не выходит за пределы, которые обычно наблюдаются на башнях других плавок этой марки, подвергающихся предварительному высокому отпуску, как, например, башни 1 570 и 1 638.

Анализы обеих плавок марки 8с не охватывают всего диапазона /в пределах действующего марочника/ содержания основных элементов, влияющих на образование трещин /углерода, марганца, хрома и фосфора/. Тем не менее можно утверждать, что для всех анализов стали 8с в пределах марочника нельзя рекомендовать отказ от предварительного высокого отпуска перед отрезкой прибылей. Слишком резко в случае этой марки возрастёт количество трещин, чтобы можно было рассчитывать на отсутствие подобного явления в плавках, содержащих углерод и хром около нижнего предела.

Анализы четырёх плавок марки 44л также не охватывают всего диапазона содержания элементов по марочнику. Поэтому в отношении этой марки можно рекомендовать отказ от предварительного отпуска для плавок следующего химического состава: с содержанием углерода не выше 0,26 процента, хрома 1,50 процента, фосфора 0,035 процента, при любом содержании марганца по марочнику.

Содержание хрома в плавках валового производства практически держится не выше 1,4 процента. Поэтому, чтобы не затруднять внедрение в видовое производство этого предположения, предел для содержания хрома необходимо поднять до 1,4%. Ожидать, в связи с этим, неприятных последствий в случае отмены предварительного отпуска нет оснований.

Что же касается плавок с содержанием углерода 0,27–0,28 и хрома 1,41–1,70 процента, вопрос об отмене предварительного высокого отпуска необходимо проверить дополнительными наблюдениями.


Делая эти выводы, необходимо остановиться ещё на следующем обстоятельстве. Как влияет на образование трещин величина промежутка времени между окончанием отрезки прибылей и посадкой башен на последующий высокий отпуск? С этой целью для башен, у которых отрезались прибыля до высокого отпуска, был определён указанный интервал.

Для башен из стали марки 8с этот промежуток оказался равным: 11 часов 30 минут для башни 1486 и 37 часов 30 минут для башни 1366. Несмотря на большую разницу во времени, результаты по трещинам практически не отличаются. Следовательно, для стали марки 8с не наблюдается зависимость между количеством трещин и величиной интервала, начиная с 11 ч. 30 мин. и выше.

Для башен из стали 44Л проверенный интервал колеблется в более широких пределах. Минимальный интервал равен 10–12 часам /башни 1688 и 1883/ и максимальный — 80 ч. 40 мин.

Если сопоставить количество трещин на башнях с соответствующим интервалом между окончанием отрезки прибылей и началом высокого отпуска, но в этом случае отсутствие какой-либо зависимости выяснилось ещё более отчётливо.

Наиболее убедительным примером может служить плавка 70370. В этой плавке башни 1688 и 1883 одновременно подвергались высокому отпуску в одной и той же печи и при одинаковом их расположении. Тем не менее, на одной башне после этого трещины совершенно не были обнаружены, а на другой оказалось пять штук. Третья башня из этой плавки /1514/ подвергалась отрезке прибылей одновременно с первыми двумя, но высокий отпуск проходил отдельно от них через 40 часов. Трещин на ней не оказалось. Без трещин прошли отрезку прибылей башни 1824 и 1444 плавки 60336, которые отпускались не менее чем через 48 часов.

Таким образом, для стали марки 44Л интервал между окончанием отрезки прибылей и началом высокого отпуска, по крайней мере в пределах до 48 часов, не влияет на образование трещин после отрезки прибылей.

Эти выводы относятся к случаю отрезки прибылей в неотпущенном состоянии как от башен из стали 44Л, так и от башен из стали 8С. Существуют большие основания считать, что указанная зависимость не будет иной в случае отрезки прибылей после проведения предварительного высокого отпуска, но утверждать это без соответствующей проверки нельзя.

Точно так же нельзя утверждать без соответствующей проверки, что если интервал между окончанием отрезки прибылей от башен на стали 8с в неотпущенном состоянии и началом высокого отпуска будет меньше, чем 11 часов 30 минут, то трещин будет очень мало.

Во-первых, трудно на это рассчитывать, потому что даже разница в 26 часов = 37 часов 30 минут – 11 часов 20 минут почти не отразилась на уменьшении количества трещин.

Во-вторых, нельзя ориентироваться на очень сильное сокращение этого интервала по сравнению с проверенным интервалом в 11 часов 30 минут. Более сокращённый интервал затруднит работу обрубной мастерской и всё равно часто будет нарушаться.

Сопоставление твёрдости башен до отпуска и после него показывает, что разницы в этом отношении не наблюдается. В обоих случаях размер отпечатка по Бринеллю колеблется в пределах 4,2 – 4,4 (определение твердости производилось непосредственно на кольце башни при помощи скобы).

Таким образом, приходится заметить, что хрупкость, приводящая в данном случае к трещинам, не связана с твёрдостью.

Установив влияние предварительного высокого отпуска на образование трещин при отрезке прибылей, можно ожидать, что в какой-то степени должно проявляться и влияние качества проведения этой производственной операции. Прежде всего, это качество характеризуется температурным режимом.

К сожалению, при проведении этой работы пришлось столкнуться на заводе с весьма ограниченными возможностями не только в отношении измерительной аппаратуры, но и в отношении использования достаточно квалифицированных наблюдателей. В этом цехе, где проводилось наблюдение за основной массой башен, печи для отпуска не имеют термопар.

В связи с этим пришлось ограничиться только регистрацией расположения башен в печи как косвенного показателя того, насколько хорошо была прогрета данная башня в процессе нагрева и выдержки. В зависимости от размеров печи одновременно подвергались отпуску от двух до шести башен, причём в последнем случае башни укладывались в два ряда.

По условиям расположения башен почти можно было заметить четыре положения:

А) Башня расположена внизу и обращена прибылями вниз, т. е. к подине печи /расположение, условно обозначенное буквой «в»/.
Б) Башня расположена внизу, но прибылями обращена вверх /условное обозначение «с»/.
В) Башня расположена в верхнем ряду, но прибылями обращена вниз /условное обозначение «св»/.
Г) Башня расположена вверху, но прибылями обращена вверх /«в»/.

Для упрощения сопоставления выводов условились различать только два положения башен при высоком отпуске:

- Неблагоприятное, при котором башня внизу и повернута прибылями вниз; иначе говоря, прибыля находятся на нижней горизонте печи /условно обозначено «н»/.

- Благоприятнее, когда башня занимает любое из остальных трёх положений, при которых прибыля оказываются либо на среднем /с и св/, либо на верхнем горизонтах печи.

На основании данных следует, что для стали марки 8С неблагоприятное расположение башни в печи при отпуске несколько увеличивает количество трещин на торце кольца.


Для башен из стали марки 44л при благоприятном их расположении соотношение между числом башен с трещинами и без трещин не отличается от подобного соотношения по стали марки 8с. Но как изменилось бы это соотношение при неблагоприятном расположении башен в печи, сказать невозможно, т.к. нет аналогичных данных по стали марки 44л.

Данные продолжительности нагрева и выдержки при высоком отпуске характеризуют небольшие колебания, которые не могут исказить сделанные выводы. По действующей инструкции продолжительность нагрева должна быть 5-6 часов и выдержка /при температуре 670-690 градусов/ 6-7 часов. Только в случае увеличения /за счёт мелкого броневого литья/ рекомендуется увеличивать выдержку, что в некоторых случаях и было сделано.

Влияние огневой отрезки прибылей на образование трещин на кольце башен

Трещины довольно тесно связаны с процессом огневой резки металла. Последняя применяется для отрезки прибылей, заливов, для срезки утолщений, наплывов и т. п. В данном случае имеются в виду главным образом те трещины, которые обнаруживаются на обточённой поверхности кольца башни.

Подавляющее количество трещин располагается на тех участках кольца, на которых были расположены прибыля до их отрезки.

Это позволяет утверждать, что образование трещин тесно связано с резкой металла огнём. Однако этот вопрос не исчерпывается существованием подобного факта.

Если бы всё дело заключалось только в огневой резке, то после механической обработки торцевой части кольца и последующей закалки новые трещины должны были бы располагаться сравнительно равномерно по всему периметру кольца башни. Но в действительности большинство вновь образующихся трещин размещается на участках кольца, соответствующих месту расположения отрезанных прибылей.

Это указывает на то, что как огнерезка, так и закалка, безусловно, вызывают образование трещин /о влиянии закалки см. дальше/. Однако образование этих трещин происходит преимущественно в тех местах, где металл менее всего способен сопротивляться напряжениям, возникшим при отрезке огнём прибылей и при закалке механически обработанных башен.

Такими местами, несомненно, являются участки кольца башни, на которых при отливке располагались прибыля. В этих местах, несомненно, в более сильной степени протекали ликвационные процессы.

С этим связано получение более развитой физико-химической неоднородности металла, проводящей, по-видимому, ослаблению прочности металла в данном месте.

Однако, наряду с установлением в данной работе факта преимущественного расположения трещин под прибылями, как после огневой стрижки прибылей, так и после закалки башен, установлены ещё два факта, для которых необходимо дать объяснение, но противоречащее только что высказанным положениям.

1. Встречаются башни с трещинами, у которых последние наблюдаются не под всеми прибылями.

2. Встречаются плавки, у которых на одних башнях трещины образуются, а на других – нет.

В первом случае объяснение надо искать в реалистичном размере припуска на механическую обработку торцевой части кольца башни, остающегося на участках прибылей после отрезки последним.

При аккуратной отрезке прибылей линия реза не опускается вглубь общего припуска, предусмотренного по всему кольцу, в этом случае трещины, которые образовались при отрезке прибылей, не выходят из пределов припуска в тело кольца, если размер этого припуска достаточно велик. Тогда трещины при последующей механической обработке выводятся со стружкой полностью.

При неаккуратной отрезке линия реза местами может спуститься вглубь предусмотренного припуска. Тогда часть трещин может выйти из пределов этого припуска в тело кольца и при последующей механической обработке остаться не выведенной со стружкой.

Наблюдения за обработкой кольца нескольких башен подтвердили указанную роль величины оставляемого припуска: после первого прохода резца, при котором снимается 15-миллиметровый слой металла по торцу кольца, можно было заметить наличие нескольких трещин. После второго прохода, при котором снимается второй 15-мм слой, трещины уже отсутствовали. Таким образом, припуск в 30 мм в данном случае гарантировал выведение образовавшихся трещин со стружкой.

Каким же образом после этого можно объяснить образование после закалки под прибылями новых трещин? Под новыми в данном случае подразумевается трещины, обнаруженные по месту заварки или не по месту старой, незаваренной трещины, а трещины на совершенно другом месте, где их до закалки не было.

Образование этих трещин можно связать с такими случаями, когда величина оставленного припуска имеет какое-то промежуточное значение. В этом случае явные трещины будут выведены со стружкой. Но останется часть той зоны металла, на которую распространилось влияние огнерезки. В этой зоне нет видимых /макроскопических/ трещин, но весьма вероятно образование трещин микроскопического характера по границам кристаллитов. При последующей резкой закалке эти трещины из микроскопических превращаются в макроскопические, требующие для их ликвидации применения запарки.

При объяснении второго факта — образования трещин на одних и отсутствие их на других башнях одной и той же плавки — к указанному влиянию величины оставленного припуска нужно добавить влияние других факторов. К их числу надо отнести:

а) различные условия закалки башни;
б) различная толщина кольца в отлитом состоянии;
в) различное качество высокого отпуска, проведенного перед отрезкой прибылей после их отрезки /этот пункт относится главным образом к марке 8с/.

Влияние массивности кольца башни на образование трещин

Выше было дано объяснение тому факту, что подавляющее количество трещин, обнаруживаемых на кольцах башен после их механической обработки, образуется на тех участках кольца, где располагаются прибыля.

Указанное объяснение подтверждается также другим фактом. По старой технологии № 112 припуск на механическую обработку внутренней боковой поверхности кольца башни равнялся 50 мм, если брать его по месту наибольшего сечения кольца /у основания прибылей/. В связи с этим толщина кольца в этом сечении достигает 120 мм. Эта же толщина была минимальной для прибылей в месте их отрезки огнём.


Учитывая нежелательность иметь излишнюю массивность отливки в данном месте, при выполнении работы по установлению состояния производства бронелитья на заводе №112, было предложено оставить равномерный припуск по всей высоте кольца размером в 15 мм.

Излишняя массивность нежелательна как с точки зрения излишнего расхода металла, так и с точки зрения излишнего расхода кислорода на отрезку прибылей, инструмента и энергии на механическую обработку кольца. Переход на равномерный припуск размером в 15 мм уменьшил толщину кольца у основания прибылей до 80 мм, что, в свою очередь, уменьшило общую массивность кольца в состоянии отливки.

В связи с приведёнными выше объяснениями причин преимущественного расположения трещин на участках под прибылями, можно было ожидать после подобного уменьшения массивности отливки снижения количества трещин.

Специальные наблюдения за башнями с различной толщиной кольца позволили собрать соответствующие данные. Результаты достаточно отчётливо показывают на связь между количеством трещин на обработанной поверхности отливки и с массивностью в этом месте.

Казалось, было можно утверждать, что указанная связь целиком обусловлена тем, что отрезка огнём прибылей, имеющих более тонкие основания, уменьшает степень разогрева металла в зонах, прилегающих к резу, и тем самым уменьшает напряжения и вызываемые ими трещины.

В группе башен с более толстой стенкой кольца /припуск на механической обработки составляет 50 мм/, количество башен с трещинами, обнаруженными после механической обработки, составляет 60 процентов. При переходе на малый припуск /15 мм/, количество башен с трещинами снизилось до 15-20 процентов, что вполне понятно, если связывать это с меньшим разогревом кольца в местах отрезки прибылей.

В группе башен с большим припуском на механическую обработку /толщина стенки 120 мм/ количество башен с трещинами, обнаруженными после закалки, составляет 55 процентов. При переходе на малый припуск также наблюдается снижение до 23-41 процента.

Однако это снижение никак нельзя объяснить уменьшением напряжений, связанных с режимом нагрева под закалку, остаётся практически постоянной, не зависящей от величины припуска на механическую обработку.

Поскольку закалочные напряжения получаются прежними, а кол-во трещин в среднем уменьшалось, надо считать, что повысилась в среднем прочность металла. Это повышение прочности можно объяснить повышением физической и химической неоднородности металла, полученной в результате уменьшения развития ликвационного процесса при застывании кольца башни в связи с уменьшением его массивности.

Влияние закалки на образование трещин на башнях

Значительная часть башен из стали марки 8с и 44л, на которых после механической обработки кольца башни тщательный осмотр не обнаружил трещин, после окончательной термической обработки имела трещины. Эти трещины появились или на торце кольца башни, или на днище ниши, а иногда в обоих местах одновременно.

Появление этих трещин, несомненно, указывает на то, что непосредственной причиной их образования в данном случае были закалочные напряжения. Из всего количества башен обработки /перед закалкой/, 43 процента (23 шт.) имели трещины после окончательной термообработки.

Отдельно были сгруппированы башни из стали марки 8с и 44л, на которых после механической обработки были обнаружены и заварены трещины, но на которых они после окончательной термообработки вновь появились по месту заварки трещин.

Образование крупных трещин на башне 1493 целиком объясняется ненормальным анализом плавки 80375. В этой плавке, наряду с содержанием углерода и хрома на верхнем пределе, имеется чрезмерно высокое содержание марганца, выходящее за пределы марочника. Поэтому не только эта башня, но и другие башни этой плавки при закалке дали трещины. Одна башня этой плавки не дошла и до закалки, так как при закреплении на станке в механическом цехе дала сквозную трещину по борту и была также забракована.

Следует заметить, что данная башня проходила предварительно два высоких отпуска /до и после отрезки прибылей/. Тем не менее, в ней сохранились очень большие напряжения, которые в сочетании с напряжениями, возникшими при закреплении башни на станке, привели к образованию крупной основной трещины.


В остальных плавках содержание углерода, марганца и хрома не выходит за пределы марочника и не может служить причиной образования чрезвычайно крупных трещин, так как другие башни тех же плавок не дали трещин подобного характера.

Какие же моменты термической обработки могли влиять и влияют на образование трещин? Сопоставляя данные по башням, не имеющим трещин после закалки, с башнями тех же плавок, но имеющих трещины, можно заметить связь между образованием трещин и температурой закалочной среды /воды/ в момент погружения башни.

Для стали марки 8с эта зависимость выявилась достаточно чётко. Трещины образуются при очень низкой температуре воды, особенно в тех случаях, когда содержание углерода, хрома /и марганца/ близко к верхнему пределу. Минимально допустимой температурой воды для закалки башен из стали марки 8с надо считать 30 градусов /плавки 90199, 100131 и 80367/.

Для стали 44Л эта зависимость четко не выявилась.

В одних плавках /60623, 80336/ башни, на которых были обнаружены трещины, закаливались в более холодной воде, а в других плавках /70354, 50507/, наоборот, в более горячей воде, чем башни, на которых трещины не были обнаружены. Очевидно, для данной марки стали выяснение этого вопроса требует дополнительных наблюдений.

Дальнейшее наблюдение требуется также за влиянием температуры, при которой производится выдержка башен в печи, и продолжительности этой выдержки. На некоторых плавках /80373, 60623, 50507, 80336/ наблюдается, что трещины получились на тех башнях, которые выдерживались в печи при более высокой температуре и более долгое время.

Никак нельзя считать правильным, что для башни 1371 /плавка 80372/ при содержании углерода, марганца и хрома на верхнем пределе выдержка в печи производилась при температуре 360 градусов. Мало того, в течение 30 мин. температура /по вине нагревальщика/ поддерживалась на уровне 1000 градусов.

Точно так же для башни 2956 /плавка 50476/ при содержании углерода, марганца и хрома на верхнем пределе нельзя было допускать в момент закалки воду с температурой 25 градусов.

Следует отметить ещё два обстоятельства, которые не получают никакого отражения в технологических картах закалки, но которые могут оказать существенное влияние на создание излишних напряжений в закаленных башнях и, следовательно, на образование трещин, поскольку они имеют место в практике работы термического цеха.

Во-первых, равномерность прогрева всех частей башни и сохранение полученной равномерности до момента погружения в закалочную среду. Башня представляет собой сложное сочетание тонких и толстых частей, и поэтому отсутствие равномерности прогрева не должно в сильной степени увеличивать напряжённое состояние закалённой башни.

Эта неравномерность не может быть достигнута в случае неправильного расположения башни в печи, когда более тонкие её части /ниша/ находятся ближе к зоне горения, чем более толстые части /башня/.

То же самое получается при недостаточной выдержке башни в печи, когда тонкие части успевают прогреться, а толстые, конечно, не успевают.

Наконец, при подаче башни к закалочному баку, если эта подача сильно затягивается, тонкие части могут скорее потерять температуру, чем толстые.

Вот это создаёт напряжения, дополнительные к тем напряжениям, которые неизбежно возникают даже при нормально проведённой закалке башни как детали сложной формы.

Во-вторых, температура, которую имеет башня при выдаче её из закалочного бака. В одних случаях охлаждение башни при закалке происходит до конца /вытащенная из бака башня сохнет медленно/. В других случаях башня имеет температуру выше 100 градусов /вода на поверхности извлечённой из бака башни кипит/.

В последнем случае, за счёт оставшегося запаса теплоты, произойдёт частичный отпуск башни, который снимет часть напряжений ещё до того момента, когда башня будет посажена на низкий отпуск. В первом случае самоотпуск башни происходить не может. Результаты по трещинам могут быть различны для обоих случаев даже тогда, когда эти башни принадлежат одной и той же плавке.

Влияние колебания химического состава плавок на образование трещин на башнях

Наряду с содержанием основных элементов, влияющих на образование трещин, зафиксированы данные по количеству трещин, обнаруженных на каждой башне до и после закалки, величина припуска на механическую обработку и положение башен в печи при высоком отпуске.

Исходя из количества трещин, обнаруженных на башнях, все плавки марки 44Л можно распределить на четыре группы:
1 группа – плавки, у которых все башни не имеют трещин ни на закалке, ни после неё.

2 группа – плавки, у которых только часть башен имеют трещины.

3 группа – плавки, у которых башни имеют трещины только после закалки.

4 группа – плавки, у которых башни имеют большое кол-во трещин или которые не подходят для включения в первые три группы.

В каждой группе плавок можно выделить такой анализ, в пределах которого укладывается содержание основных элементов большинства плавок данной группы. Этот анализ назван типичным, в отличие от среднего анализа группы.

На сопоставлении типичных и средних анализов видно, что существует заметная разница по содержанию углерода, марганца и хрома между группой плавок с трещинами и без трещин.

Плавки, не склонные к образованию трещин, содержат углерод в пределах 0,22-0,25 процента, марганец в пределах 0,9-1,06 процента и хром в пределах 1,22-1,40 процента. Плавки, весьма склонные к образованию трещин, содержат углерод в пределах 0,25-0,28 процента, марганец в пределах 1,05-1,10 процента и хром в пределах 1,30-1,40 процента.

Анализ плавок 2 и 3 группы укладываются в пределы анализа плавок группы с трещинами, но с некоторыми отклонениями. При отсутствии разницы в содержании хрома, плавки 2 группы имеют несколько повышенное содержание углерода и марганца.

Таким образом, с точки зрения содержания основных элементов, которые могут влиять на образование трещин, плавки 2, 3 и 1 групп можно объединить в одну группу плавок, в которой трещины на башнях наблюдаются, в отличие от другой группы, где трещины на башнях совершенно отсутствуют.

Следовательно, для марки 44Л верхняя граница содержания основных элементов, ограничивающих область анализов, неблагоприятных для образования трещин на торцевой части кольца башен, характеризуется следующим: содержание углерода не выше 0,23 процента, марганца не выше 1,05 процента, хрома не выше 1,40 процента.

Исключением из этого правила являются плавки 50444 и 50445 с содержанием хрома у верхнего предела, 50438 и 50436 с содержанием углерода у верхнего предела.

Находившиеся под наблюдением башни этих плавок трещин не имели. Отсутствие данных о трещинах на других башнях этих плавок не позволяет считать, что данное исключение является существенным.

Очень возможно, что на остальных башнях этих плавок, проходивших обработку без наблюдения бригады, трещины были. Отсутствие трещин на башнях 2868, 2857 и 2241 плавок 50444, 50445 и 50433 можно, в частности, связать с отсутствием излишней массивности отливки благодаря малому припуску на механическую обработку /15 мм/.

Обращает на себя внимание также и то обстоятельство, что в плавке 50439, как и в плавке 50438, содержание кремния наиболее высокое по сравнению с остальными плавками. Это выделяет данные плавки среди остальных рассматриваемых плавок марки 44л, но не позволяет всё же сделать какой-либо вывод о связи между содержанием кремния и количеством трещин.

В плавке 80340 отсутствие трещин можно объяснить тем, что неблагоприятное влияние повышенного содержания марганца /1,10 процента/ компенсируется пониженным содержанием хрома /1,24 процента/ и содержанием никеля /1,09 процента/.

Что же касается исключений обратного порядка, т. е. когда плавки имеют трещины на башнях, хотя по химическому анализу трещин не должно быть, то в этом отношении можно сделать следующие замечания:

В плавке 80336 (2-я группа) трещины после отрезки прибылей были обнаружены только на той башне (1633), которая имела более массивное кольцо. На остальных трёх башнях тех же плавок с менее массивным кольцом трещин до закалки не оказалось, что вполне согласовывается с низким содержанием углерода и хрома, типичного для плавок без трещин. Только несколько повышенное содержание марганца при благоприятных условиях /излишняя массивность отливки/ могло содействовать образованию трещин на одной из четырёх башен данной плавки.



Плавки 80333 и 50427 имеют содержание углерода, типичное для плавок без трещин. Но высокое содержание марганца и хрома в данном случае парализовало благоприятное влияние пониженного содержания углерода, и на башнях образовались трещины. Этому же способствовала излишняя массивность кольца.

Из всего изложенного по вопросу влияния колебаний химического состава плавок на образование трещин на кольце башен вытекает, что для марки 44л такое влияние имеет место для углерода, марганца и хрома. Образование подобных трещин маловероятно /при нормальном выполнении технологий/, если содержание углерода не превышает 0,25 процента, содержание марганца не превышает 1,05 процента и содержание хрома не превышает 1,40 процента. При этом допустимо повышение содержания одного из этих элементов до верхнего предела по марочнику при одновременном снижении содержания двух других элементов до нижнего предела.

Более опасным с точки зрения образования трещин в стали марки 44л является приближение к верхнему пределу содержания углерода и марганца, чем хрома.

Пониженное содержание хрома, желательное с точки зрения борьбы с образованием трещин, является нежелательным с точки зрения образования волокнистого излома. Исходя из интересов получения последнего, в литых броневых деталях из стали 44л необходимо иметь содержание хрома не ниже 1,30 процента.

В противном случае, особенно при содержании углерода и марганца у нижнего предела, неизбежны неоднократные термические переработки деталей.

Исходя из этого замечания, оптимальное содержание хрома в стали 44л, при котором учитываются эти противоположные требования, можно определить как 1,3-1,6 процента.

Недостаточное количество плавок из стали марки 8с, проходивших под наблюдением сотрудников бригады параллельно с плавками марки 44л, не даёт возможности сделать какие-либо выводы о связи между содержанием углерода, марганца и хрома в стали 8с и количеством трещин на кольце башен.

Отдельно следует остановиться на влиянии фосфора. Считается, что этот элемент наиболее опасен в отношении влияния на образование трещин. Однако, приведённые материалы показывают, что в пределах до 0,035 процента отрицательное влияние фосфора практически себя не обнаруживает.

Примеры показывают, что, несмотря на содержание фосфора в пределах 0,032-0,35 процента, только некоторые башни имеют трещины, в то время как остальные башни плавок не имеют трещин. Вполне очевидно, что подобное содержание фосфора не определяет образование трещин, так как иначе трещины образовались бы на всех башнях данных плавок.

Ещё более определённо было установлено отсутствие влияния фосфора на образования трещин в литых бронедеталях марки 8с.

В плавке 100128 содержится фосфора 0,037 процента, а в плавках 100130 и 100131 даже 0,039 процента. Казалось бы, при подобном содержании фосфора количество трещин должно резко возрасти, если согласиться с мнением, что в вопросе образования трещин в броневом литье фосфор играет заметную роль. Особенно неблагополучной в отношении количества трещин должна была быть плавка 100130, в которой наряду с высоким содержанием марганца (1,30 процента), в особенности углерода /0,26 процента/ и хрома /1,06/. В действительности башни этой плавки совершенно не имеют трещин. Что же касается других плавок, то также совершенно не имеют трещин три башни из четырёх плавки 100126 и три башни из шести плавки 100131. Остальные башни двух плавок имеют по 1–2 трещины, и только на одной из шести башен плавки 100131 образовались 4 трещины.

Если сравнить эти итоги с итогами по трещинам для плавок 90199, 80367 и 80332, в которых содержится 0,031–0,032 процента фосфора, то придётся ещё раз признать правильный сделанный выше вывод, что практически отсутствует отрицательное влияние фосфора на образование трещин в броневом литье при его содержании до 0,039 процента.

Сравнение стали марок 8с и 44л в применении их для производства броневого литья

Если сравнивать обе марки по общему количеству трещин, которые обнаруживаются на башнях до закладки и после неё, то башни из стали 8С несколько менее склонны давать трещины на торце кольца башни (48 процентов), чем башни из стали 44л (52 процента).

Если же это сравнение проводить отдельно до закалки и отдельно после закалки, то наблюдается противоположная зависимость. До закалки сталь марки 8с несколько более склонна давать трещины, чем сталь марки 44л /32 процента против 46 процентов/. В последнем случае разница более значительная, чем до закалки, что и определяет в итоге некоторые преимущества стали марки 8с.

Указанные отрицательные свойства стали марки 44л подтверждаются большей способностью стали этой марки к образованию трещин на днище ниши после закалки башен. В то время как количество башен по стали марки 8с с трещинами на нише составляет 8 процентов, количество башен из стали 44л с подобными трещинами составляет 18 процентов.

Более существенная разница в пользу марки 8с выявляется, если сделать сравнение между марками не по количеству башен той и другой марки, имеющих трещины, а по количеству трещин на башнях. Для сравнения выделены четыре группы башен. В первую группу включены башни с 1-2 трещинами, во вторую — с 3-6 трещинами, в третью — с 7-9 трещинами, а в последнюю — башни с количеством трещин, превышающим 9 штук.

Сравнение по этому признаку показывает, что чаще всего среди башен из стали марки 8с попадаются башни с 1–2 трещинами (32 процента от общего числа исследуемых башен), сравнительно мало с 3–6 трещинами (12 процентов) и очень редко с 7–9 трещинами (2 процента). Что же касается башен из стали марки 44л, то здесь для первых трёх групп соответственно имеем 20, 18 и 10 процентов. Кроме того, встречаются, хотя и редко (4 процента), башни четвёртой группы, т. е. с количеством трещин, превышающим 9 штук, которая на марке 8с отсутствует.

Если сравнивать башни обоих марок, имеющих в отливке излишне массивное кольцо (толщина стенки 120 мм), то башни из стали марки 8с дают несколько больше трещин (73 процента), чем башня из стали марки 44л (65 процента).

Однако при сравнении результатов, полученных до термической обработки башен (результаты характеризуют анализ закалки), разница между марками в этом случае, т. е. при массивном кольце, не обнаруживается.

Переход на менее массивное кольцо (толщина стенки кольца 80 мм) сильно меняет указанные соотношения. Для обоих марок наблюдается уменьшение процента башен, имеющих трещины.

Однако для марки 8с это уменьшение происходит в 2,4 раза (с 73 процентов до 31 процента), в то время как для марки 44л уменьшение происходит только в 1,6 раза (с 65 процентов до 41 процента). В результате этого более сильная способность к образованию трещин остаётся уже за маркой 44л.


Причину того, что марки поменялись местами при переходе на менее массивное кольцо, можно видеть из сопоставления данных осмотра башен до закалки и после неё.

Для марки 8с наблюдается разное снижение способности к образованию трещин как при отрезке прибылей /до закалки/, так и при закалке. Для марки 44л наблюдается в этом случае резкое снижение способности к образованию трещин только при отрезке прибылей. Способность же к образованию трещин при закалке уменьшается в этом случае не столь резко, как для марки 8с.

В результате этого, при менее массивном кольце, только 23 процента башен марки 8с образует трещины при закалке, в то время как для башен из стали марки 44л аналогичная цифра составляет 41 процент.

Надо иметь в виду, что завод № 112 в дальнейшем будет все башни отливать с менее массивным кольцом. Поэтому при рассмотрении вопроса о разнице между маркой 8с и 44л надо принимать во внимание только ту разницу, которая установлена для башен с менее массивным кольцом. Как было предоставлено выше, в этом случае марка 44л в более сильной степени уступает марке 8с, чем при массивном кольце. Эта разница во всех обусловлена менее благоприятным поведением стали 44л по сравнению со сталью 8с в отношении образования трещин при закалке.

Трещины на кольце после закалки имели 13 процентов башен из стали марки 8с и 32 процента башен из стали марки 8с и 32 процента башен из стали 44л. Если же учитывать ещё и трещины на днище ниши, то эти итоги выразятся соответственно цифрами 25 и 31 процентов.

Тоже подтверждается и фактом образования крупных трещин закалочного происхождения. Из 5 башен, забракованных по указанному признаку в октябре и ноябре, все оказались марки 44Л, хотя в тот же период времени параллельно с башнями этой марки обрабатывались и башни из стали марки 8С.

В начале отчёта указывалось, что главным предметом данной работы являются трещины исправимого характера. Исправление этих трещин производится путём вырубки и последующей заварки. Выполнение этого ремонта задерживает прохождение башен через производственные участки и требует дополнительной затраты труда и материалов. В то же время размер этих трещин и характер их расположения на кольце башен позволяет сомневаться в их опасности для живучести башни.

На основании этого было бы целесообразно заняться вопросом проверки степени их опасности для живучести башни и возможности оставления их без заварки.

Если результаты такой проверки подтвердили бы, что нет нужды заниматься ремонтом подобных трещин, то отпал бы главный недостаток марки 44л по сравнению с маркой 8с, выявившийся в условиях годовой работы завода №112 с этой маркой. В этом случае решение вопроса о сохранении на валовом производстве марки 44л принималось бы без учёта практически несущественного недостатка марки 44л /трещины/ и с учётом серьёзного и актуального в настоящее время преимущества в отношении экономии расхода никеля и ферромолибдена.

Другой, чисто технический недостаток марки 44л – её более высокая вязкость при разливке по сравнению с маркой 8с, проявляет себя только в случае негорячей работы мартеновских печей и длительной разливке. В связи с этим на заводе №112 этот недостаток марки 44л проявляет себя в цехе №20, где печи работают не горячо и разливка продолжается около часа, т.к. наряду с отливкой башен здесь отливается мелкое броневое литьё. В цехе №21, где отливаются только башни и разливка занимает 20-25 минут, это свойство марки не даёт себя чувствовать.

Наряду с этим, выявившаяся для марки 44л возможность отмены предварительного высокого отпуска башен перед отрезкой прибылей является весьма ценным преимуществом этой марки в условиях завода №112, не имеющего достаточного количества печей, в которых можно производить высокий отпуск башен.

РЕЗЮМЕ

Мелкие трещины исправимого характера, глубиной до 30 мм, которые весьма часто вскрываются на механически обработанной поверхности кольца башен из стали 44Л и 8С, и в подавляющем количестве (не менее 80 процентов) образуются на тех участках кольца, на которых в отливке располагались прибыля.

Подобный характер распределения трещин наблюдается не только после отрезки прибылей огнём, но снова повторяется и после закалки башен.

Преимущественное распределение трещин под прибылями и повторение подобного распределения их после закалки – оба эти факта позволяют считать, что причинами образования этих трещин являются:

1) наличие на кольце башни ослабленных мест /под прибылями/.
2) внутренние напряжения литейного происхождения, в значительной мере сохраняющиеся после высокого отпуска башен.
3) напряжения, возникающие при огневой отрезке прибылей.
4) напряжения, возникающие при закалке.

Последние две причины обусловлены воздействием внешних факторов и могут быть названы внешними, в отличие от первых двух, которые заложены в отливке с самого начала её существования, обусловлены природными свойствами металла и могут называться внутренними признаками.

Преимущественное образование трещин под прибылями объясняется пониженной прочностью металла, связанной с физико-химической неоднородностью отливки в этих местах. Последняя обязана своим возникновением более сильному развитию ликвационного процесса в зоне прибылей в связи с замедленным в них затвердеванием стали.

При остывании башни после отливки в ней возникают внутренние напряжения в связи с её усадкой. Сложная форма башни способствует неравномерной усадке и, как следствие, развитию в башне больших внутренних напряжений.

Высокий отпуск при температурах 670-690 градусов снимает только часть этих напряжений. Это подтверждается фактом образования во время отрезки прибыли крупной трещины на кольце и ниже башни, проходившей перед этим высокий отпуск, и другим фактом, имевшим место в механическом цехе, когда башня после двукратного высокого отпуска, с твёрдостью 4,3-4,4, при установке на станок лопнула через весь борт и кольцо под влиянием относительно незначительной дополнительной нагрузки.

Одной внешней причиной образования трещин, обнаруживаемых на кольце до закалки, являются резкие напряжения местного характера, которые возникают под влиянием местного разогрева при огневой отрезке прибылей.

Эти напряжения накладываются на литейные напряжения, которые сохранились в башне после высокого отпуска. Если в итоге результирующие напряжения оказываются выше прочности металла в наиболее слабых местах, то происходит их разрядка с образованием трещин. Как указывалось выше, такими местами являются участки кольца башни, на которых располагались прибыля.

Эти соображения подтверждаются тем фактом, что очень часто на одной и той же башне трещины наблюдаются только под частью прибылей.

Другой внешней причиной образования трещин на тех же участках кольца являются напряжения, которые возникают при закалке башни. Эти напряжения имеют не местный характер. Внутренняя предпосылка для образования трещин – наличие ослабленных мест – сохраняется и даже увеличивается для этого случая. Увеличение происходит и даже увеличивается для этого случая. Увеличение происходит за счёт снятия поверхности здоровой корки металла при механической обработке внутренней поверхности кольца башни.

Таким образом, и в этом случае возникающие напряжения имеют возможность разрядиться в местах слабины с образованием новых трещин, что и происходит, если величина напряжений произойдет предел прочности металла.

Это подтверждает факт преимущественного образования трещин при закалке на тех же участках кольца, где располагались прибыля до их отрезки.

Резкость закалки, определяющая величину закалочных напряжений, зависит не только от режима закалки, но и от химанализа башни.

Для марки 44Л установлено, что с точки зрения уменьшения возможности образования трещин на кольце башни как от закалки, так и от резки огнём, желательно иметь содержание углерода не выше 0,25 процента, содержание марганца не выше 1,05 процента и содержание хрома не выше 1,4 процента.

Однако с точки зрения образования волокнистого излома содержание хрома в стали этой марки желательно иметь не ниже 1,3 процента. Следовательно, оптимальные пределы содержания хрома в стали 44Л, при котором учитываются эти противоположные требования, можно определить приближенно как 1,3–4,6 процента.

Желательные пределы содержания углерода, марганца и хрома для стали марки 8с установить не удалось вследствие недостаточного количества находившихся под наблюдением плавок этой марки.

Опасный верхний предел содержания фосфора не установлен для обоих марок. Во всяком случае, он находится выше 0,035 процента для стали марки 44л и выше 0,039 процента для стали марки 8с.

Ранее, в другой работе, было установлено, что при содержании до 0,044 процента фосфор не ухудшает излом после окончательной термообработки и не понижает требуемую по ТУ бронестойкость.

Следовательно, существующий в настоящее время для броневого литья предел содержания фосфора 0,030 процента является необоснованным ограничением. Необходимость этого сохранения не подтвердилась на литье в отношении влияния фосфора на каждое из трёх основных свойств брони (излом, бронестойкость и способность к образованию трещин).

Учитывая это и те трудности, которые в настоящее время наблюдаются в металлургической промышленности, в частности на заводе № 112, с получением малофосфористых шихтовых материалов, нетерпимо дальнейшее сохранение этого ограничения бронелитья из стали данных марок.

Положительные результаты, достигнутые при переходе на отливку башни с менее массивным кольцом в связи с уменьшением припуска на механическую обработку боковой поверхности последнего с 50 мм на 15 мм, а также при уменьшении количества с 9 до 7 штук, подтвердили изложенные представления об основных причинах образования трещин на кольце башни.

Эти причины, как указывалось выше, сводятся, с одной стороны, к наличию ослабленных мест на кольце под прибылями внутренних напряжений литейного происхождения, а с другой стороны, к появлению напряжений от огневой отрезки прибылей, действующих в сочетании с литейными напряжениями, и к появлению напряжений от закалки.

Уменьшение массивности кольца, естественно, ослабило развитие ликвационного процесса в кольце в целом, под прибылями в частности. Благодаря этому уменьшилась неоднородность металла и уменьшилась возможность образования трещин.

С другой стороны, уменьшение толщины кольца со 120 мм до 80 мм уменьшило также толщину прибылей у их основания, по которому производится их отрезка огнём. Следовательно, ускорилась отрезка и уменьшилась степень местного нагрева кольца в зоне прибылей. Благодаря этому уменьшились напряжения, возникающие при огневой отрезке прибылей.

Кроме того, замена 50 мм припуска 15 мм припуском устранила вскрывание наиболее нездоровой внутренней /по сечению/ зоны кольца, что неизбежно имело место при обточке изнутри боковой поверхности более массивного кольца. На этой, менее здоровой поверхности, создались благоприятные условия для образования трещин при последующей закалке.

Иллюстрацией правильности этих объяснений могут служить следующие цифры.

Общее количество башен с трещинами /для марок 8с и 44л вместе/ при массивном кольце составляет 68 процентов, при облегчённом кольце – только 38 процентов.

Общее количество башен с трещинами, обнаруженными до закалки, при массивном кольце составляет 50 процентов, при облегчённом кольце – 37 процентов.

Общее количество башен с трещинами после закалки при массивном кольце составляет 55 процентов, при облегчённом кольце – 35 процентов.

Сохранение части трещин, вызванных огнерезкой, на торцевой поверхности механически обработанного кольца башни, зависит также от величины припуска на механическую обработку, который остаётся на участках под прибылями после отрезки.

При аккуратной отрезке прибылей линия реза не должна спускаться вглубь общего припуска, предусмотренного по всему кольцу.

В этом случае трещины, которые образовались при отрезке прибылей, не выходят за пределы припуска в тело кольца, если размер этого припуска достаточно велик. Тогда трещины при последующей механической обработке выводятся со стружкой полностью.

При неаккуратной отрезке линия реза местами может спуститься вглубь предусмотренного припуска. Тогда часть трещин может выйти из пределов этого припуска в тело кольца и при последующей механической обработке остаться не выведенной со стружкой.

Наблюдения за обработкой нескольких башен подтвердило указанную роль величины этого припуска.

Между сталью 8с и 44л наблюдается разница в способности давать трещины.

Способность к образованию мелких трещин исправимого характера на торце кольца у стали 8с в сумме меньше, чем у стали 44л /48 процентов башен с трещинами против 52 процентов/.

Эта разница обусловлена более сильной способностью стали 44л к образованию трещин после закалки по сравнению со сталью 8с /46 процентов башен марки 44л с трещинами против 32 процентов марки 8с/.

До закалки /трещины от огневой резки/ наблюдается обратная зависимость, но разница менее значительная /36 процентов против 26 процентов в пользу марки 44л/.

При отдельном сравнении башен, отлитых с менее массивным кольцом, разница по трещинам после закалки резко возрастает (41 процент башен с трещинами для марки 44л против 23 процентов марки 8с).

В связи с этим в целом по трещинам /до и после закалки/ марка 44л уступает марке 8с (41 процент башен с трещинами против 31 процента).

Более существенная разница наблюдается при сравнении не по количеству башен той и другой марки, имеющих трещины, а по количеству трещин на башнях.

Среди башен из стали 8с чаще всего встречаются башни с 1-2 трещинами (32 процента), реже с 3-6 трещинами (12 процентов) и очень редко с 7-9 трещинами (4 процента).

Среди башен из стали 44л соответственно имеем 20, 18 и 10 процентов. Кроме того, редко, но встречаются башни с количеством трещин более 9 штук (4 процента), что на стали марки 8с совсем не наблюдается.

Способность к образованию крупных закалочных трещин как на нише /требуют крупного ремонта/, так и на кольце башни /ведут к забракованию башен/ у марки 44л также выше, чем у 8с /для ниши имеем 18 процентов башен с трещинами против 8 процентов/.

Данные по ремонту трещин на башнях за апрель-июль показывают, что башни 44л в большем количестве подвергаются ремонту, чем башни 8с. По ремонту на кольце имеем 30 процентов против 8 процентов, по ремонту ниши 6 процентов против 2 процентов и по ремонту боковой поверхности башни 1 процент против ноля.

Забраковано по трещинам за тот же период 2 процента и ноль башен 8с.

Сталь марки 44л обнаруживает при разливке более высокую вязкость по сравнению со сталью марки 8с. Повышенная вязкость даёт себя чувствовать при менее горячих работающих печах и при длительной разливке /на мелкое литье/.

Башни до предварительного высокого отпуска и после того имеют одинаковую твёрдость, которая колеблется в пределах 4,0-4,4 /диаметр лунки по Бринеллю/. Следовательно, хрупкость, приводящая к трещинам при отрезке прибылей, не связана с твёрдостью металла. Эта хрупкость связана с напряжениями литейного происхождения, которые не снимаются высоким отпуском, проводимым в условиях завода №112.

Применение высокого отпуска для предупреждения образования трещин при отрезке прибылей является обязательным только для стали марки 8с. Режим этого отпуска должен обеспечивать равномерный и достаточный прогрев башен. С этой точки зрения башни из стали 8с необходимо укладывать на поду печи только вверх прибылями.

При расположении башен в печи в два яруса верхние башни можно располагать /при необходимости/ прибылями вниз.
Для стали 44л в случае отрезки прибылей в неотпущенном состоянии не наблюдается увеличения количества трещин при огневой резке, в отличие от стали марки 8с. Поэтому предварительный высокий отпуск для стали марки 44л не обязателен.

Задержка с посадкой башен на последующий высокий отпуск в пределах до 80 часов от момента окончания отрезки прибылей в неотпущенном состоянии также не увеличивает количества трещин на башнях из стали марки 44л.

Низкая температура закалочной среды способствует образованию новых трещин на кольце башни из стали марки 8с. Минимально допустимой температурой воды в этом случае является 30 градусов.

Для стали 44л в данной работе не удалось выявить подобную зависимость.

ВЫВОДЫ

А. На основании результатов проведённой работы установлено следующее:

1. Причиной образования мелких трещин исправимого характера глубиной до 30 мм, которые весьма часто вскрываются на механической обработанной поверхности кольца башен из стали марок 44л и 8с, является воздействие внутренних напряжений литейного происхождения в сочетании с напряжениями от огневой отрезки прибылей и последующей закалки на ослабленные места металла, которыми являются участки кольца, где располагались прибыли до их отрезки.

2. Хрупкость, приводящая к трещинам при обрезке прибылей, не связана с твёрдостью металла. Эта хрупкость обязана с напряжениями литейного происхождения, которые не снимаются полностью высоким отпуском, проводимым в условиях завода №112.

3. Способность отливок к образованию трещин увеличивается при увеличении массивности кольца (в связи с излишне большим припуском на механическую обработку боковой поверхности кольца).

4. Способность отливок к образованию трещин зависит от содержания в стали углерода, марганца и хрома.

Для уменьшения возможности образования трещин на кольце башен из стали марки 44л, но с учётом сохранения нормальной способности стали к образованию волокнистого излома, содержание углерода желательно иметь не выше 0,25 процента, содержания марганца не выше 1,05 процента и содержание хрома в пределах 1,3-1,0 процента. Из-за недостатка данных подобная зависимость не установлена для башен из стали марки 8с.

5. Опасный с точки зрения образования трещин верхний предел содержания фосфора в броневом литье находится выше 0,035 процента для стали марки 44Л и выше 0,039 процента для стали марки 8С.

6. Сталь марки 8С обладает меньшей способностью к образованию трещин на кольце башен, чем сталь марки 44л. Эта разница наблюдается в отношении количества имеющих трещин и, в особенности, в отношении количества трещин, встречающихся на башнях обоих марок.

7. Для стали марки 44Л отсутствие высокого отпуска перед резкой прибылей не отражается на увеличении количества трещин, в отличие от стали марки 8С, для которой отсутствие предварительно высокого отпуска резко увеличивает количество трещин, образующихся при отрезке прибылей.

8. Задержка с посадкой башен на последующий высокий отпуск в пределах до 80 часов от момента окончания отрезки прибылей в неотпущенном состоянии также не увеличивает количества трещин на башнях из стали марки 44Л.

9. Низкая температура закалочной среды способствует образованию трещин в кольце башни из стали марки 8с. Минимально допустимой температурой воды в этом случае является 30 градусов.

ПРЕДЛОЖЕНИЯ

А. Для уменьшения количества трещин, обнаруживаемых на кольце башен, необходимо провести следующие мероприятия:

1. В ближайший период времени полностью перейти на отливку башен с малым припуском на мех. обработку боковой поверхности кольца (15 мм) и припуском в 35 мм по торцевой его поверхности.

2. Сохранив без изменений количество прибылей (5 шт.), уменьшить их длину с 450-500 мм до 350-400 мм, подтвердив усиленным контролем первой партии башен в 25 штук оптимальность выбранных размеров прибылей.

3. Снятие фасок при механической обработке устранить острые кромки, получавшиеся в настоящее время на обработанной части кольца башен и облегчающие образование трещин при закалке.

4. Запретить располагать башни из стали марки 8с в печи для высокого отпуска /перед отрезкой прибылей/ вниз прибылями, в случае посадки их в нижний ряд, т. е. непосредственно на под печи.

5. Запретить производить закалку башен из стали марки 8с в воде с температурой ниже 30 градусов.

6. Рекомендовать для стали 44Л держаться содержания углерода не выше 0,25 процента, марганца 1,1 процента и хрома в пределах 1,3–1,6 процента. При содержании одного из этих элементов на верхнем пределе, содержания двух других элементов желательно иметь на нижнем пределе.

7. При содержании этих элементов выше указанных пределов в режимы закалки должны вноситься поправки, содействующие уменьшению резкости закалки /снижение температуры выдержки, повышение температуры воды и др./. Особенно это необходимо делать при содержании всех трёх элементов близко к верхнему пределу.

Б. Для устранения бесцельного расхода мазута, лишних междуцеховых транспортных перевозок и для увеличения пропускной способности печей для высокого отпуска необходимо провести следующие мероприятия:

8. Отметить на один месяц для башен и мелкого броневого литья из стали марки 44Л предварительный высокий отпуск перед отрезкой прибылей. Паспорта этих башен взять на особый учёт. В конце опытного срока проверить по паспортам количество трещин на башнях. На основании полученных данных подвести итоги о влиянии отмены предварительного отпуска и составить окончательное заключение по данному вопросу. Для подведения итогов и составления заключений привлечь ЦННИ-48.

9. Отмену высокого отпуска на месяц распространить на все плавки о содержании углерода не выше 0,26 процента, марганца не выше 1,30 процента, хрома не выше 1,40 процента и фосфора не выше 0,035 процента, не исключая и случая сочетания всех этих элементов на указанных верхних пределах.

10. Нет оснований ожидать, что при содержании хрома в пределах 1,41–1,70 процента и углерода в пределах 0,27–0,28 процента отмена предварительного высокого отпуска отразится на увеличении трещин. Однако без соответствующей проверки, которую следует сделать попутно с работой по п. 8, категорически утверждать нельзя.

В. Для устранения излишних полигонных испытаний башен с содержанием фосфора в пределах 0,036–0,040 процента и связанных с этим задержек плавок в производстве, повысить для броневого литья из стали марок 8с и 44л допустимый предел содержания фосфора до 0,040%.

Г. Проверить влияние в незавершенном состоянии мелких трещин, наблюдаемых на обработанной поверхности кольца башни, на живучесть последней в условиях снарядного обстрела.

Цель испытания должна заключаться в определении степени необходимости производить заварку подобных трещин, которая требует для своего выполнения дополнительной затраты труда, времени и материалов. Размер и характер расположения этих трещин, по нашему мнению, позволяет сомневаться в их опасности для живучести башен в условиях её эксплуатации.

Эта проверка должна быть сделана в самом срочном порядке. Если её результаты подтвердят, что нет нужды заниматься ремонтом подобных трещин, то завод № 112, независимо от марок стали, разгрузится от большой и ненужной работы и сможет увеличить за счёт этого выпуск машин.

Вместе с этим отпал бы главный аргумент против марки 44Л, применяемой для бронелитья, как более склонной к образованию трещин по сравнению с маркой 8С.

Если не считать другого недостатка 44л — повышенную вязкость при заливке, которая, однако, проявляется лишь при негорячем ходе мартеновских печей и длительной разливке, то при устранении оказанного главного аргумента пятнадцатимесячная работа завода № 112 на этой марке стали подтверждает возможность использования основного преимущества её — отсутствие потребности в никеле и ферромолибдене, экономное расходование которых продолжает оставаться весьма актуальной задачей в настоящее время, вне зависимости от условий работы различных заводов.

Начальник московской группы ЦНИИ-48 Ларин

Начальник металлургического сектора МГ ЦНИИ-48 Каптюг.