"Sobre las causas de la formación de grietas en las torretas fundidas de la planta n.º 112". Informe de 1943
El T-34 sale de las puertas de Krasnoye Sormovo.
La lucha por el acero
"Fantasía de Sormovo": así llamaban las tripulaciones de los tanques a los tanques T-34 producidos en la planta de Krasnoye Sormovo (planta n.º 112), cerca de Gorki. Curiosamente, fue en esta planta donde se construyó el primer tanque de la URSS en 1920. tanque, pero posteriormente se distinguieron por la deficiente calidad de producción del T-34. Inicialmente, el tanque de la región de Gorki no era muy apreciado debido a las grietas en su blindaje, lo que reducía significativamente su supervivencia en combate. La épica historia de cómo se eliminaron los defectos críticos de producción en la torreta de Krasnoye Sormovo se relata en un voluminoso documento conservado en el Archivo Estatal Ruso de Economía.
Aclaraciones necesarias.
El revenido es un proceso tecnológico que consiste en el tratamiento térmico de una aleación o metal endurecido hasta obtener martensita. Los principales procesos implicados son la descomposición de la martensita, así como la poligonización y la recristalización. El revenido de alta temperatura se realiza a temperaturas de 500 a 680 °C. Esto mantiene una alta resistencia y ductilidad, así como la máxima tenacidad. El revenido de alta temperatura se utiliza en piezas sometidas a cargas de impacto (blindajes, engranajes, ejes).
Una mazarota (en fundición) es la parte superior, inferior o lateral de un lingote de acero (pieza fundida) cuyas dimensiones sobrepasan los límites requeridos. Su propósito es suministrar metal líquido fundido a la pieza fundida durante su solidificación.
La prueba Brinell es un método estandarizado para determinar la dureza en la ciencia de los materiales, basado en presionar una bola de aleación dura con un diámetro de 1 a 10 mm en el metal que se está probando.
El proceso de licuefacción es una segregación, heterogeneidad de la composición química del acero que se produce durante su cristalización.
introducción
Este trabajo es una continuación del trabajo realizado previamente por el equipo TsNII-48 en colaboración con la Planta n.º 112, que determinó la naturaleza y el número de defectos en las piezas fundidas del blindaje y las causas de su formación. Entre otros defectos, se consideraron las grietas.
Si bien el estudio llegó a conclusiones bastante definitivas sobre cavidades, obstrucción de la película y otros defectos, no logró la misma precisión en cuanto a las grietas. La insuficiente exhaustividad y fiabilidad de los datos originales (hojas de datos) lo impidió. Solo se formularon hipótesis sobre las causas de la formación de grietas y se identificaron las áreas de producción donde se producen.
Sin embargo, a partir de la comprensión de las causas de este defecto se hicieron algunas propuestas para combatir las grietas.
El trabajo que se presenta a continuación aborda únicamente la formación de grietas en torres. Al igual que el anterior, este trabajo se realizó con productos de producción en masa. Sin embargo, los datos utilizados para extraer conclusiones en este caso se obtuvieron mediante la observación directa de quienes realizaron el trabajo.
Debido al tiempo limitado y al número de personas asignadas a este trabajo, la tarea incluyó un mínimo de preguntas. En una reunión con el metalúrgico jefe de la planta, el camarada A.A. Borovikov, se decidió aclarar el asunto.
a) ¿Es conveniente pasar las torres por un temple alto antes de la sección de beneficio?
b) ¿Cuál es la dureza de las torres antes y después del revenido preliminar?
c) ¿Es aconsejable esforzarse en minimizar el intervalo entre el momento del final del segmento de ganancias y el momento de instalación de las torres para el lanzamiento alto posterior?
d) No se ha confirmado si después del temple y revenido a baja temperatura aparecen nuevas grietas o si se produce un aumento del tamaño de las grietas que se formaron anteriormente, antes del tratamiento térmico.
d) si se reduce el número de grietas en las torres fundidas con una tolerancia reducida (15 mm) para el mecanizado en la superficie lateral del anillo de la torre y una tolerancia aumentada (hasta 35 mm) en su superficie final.
Se planeó aclarar todas estas preguntas observando el comportamiento de 4 a 6 fundiciones comerciales, de cuyo metal se fundirían al menos 4 torres de cada una.
Durante el trabajo, fue posible realizar observaciones similares en las torretas 44L y 8S. Por lo tanto, el trabajo también permitió comparar las características de ambos tipos en cuanto a su potencial de agrietamiento en el anillo de la torreta.
El trabajo descrito a continuación se realizó en un número significativamente mayor de coladas de lo previsto en el trabajo planificado. Esto se evidencia incluso en el número de coladas utilizadas en el informe. Estos datos indican que se utilizaron un total de 29 torres (8 coladas) de acero grado 8S y 58 torres (30 coladas) de acero grado 44L, aunque los miembros del equipo observaron más torres y coladas.
Cabe señalar que las grietas analizadas en este trabajo se encuentran exclusivamente en la sección del anillo de la torre tras su torneado. Su tamaño se caracteriza por ser demasiado anchas como para permitir que la punta de una navaja las penetre; suelen ubicarse radialmente respecto al anillo, a menudo intersectando todo su espesor, o con menos frecuencia, solo una parte. La longitud (o profundidad) de la gran mayoría de las grietas no supera los 30-35 mm, y rara vez alcanza los 50-60 mm. Este tipo de grietas se caracteriza por una forma sinuosa.
Todas estas grietas son reparables. Al igual que las cavidades, pueden sellarse con soldadura. Su mayor inconveniente para la planta reside en la necesidad de realizar las reparaciones correspondientes y retrasar la producción de las torres para ello. Aún no se ha determinado el grado de peligro que estas grietas sin soldar representan para la supervivencia de las torres durante su uso operativo.
Además de las grietas reparables, este artículo examina las grandes grietas de temple tanto en el anillo como en el hueco de la torre. En la mayoría de los casos, estas grietas son irreparables, pero son significativamente menos comunes que las grietas reparables mencionadas anteriormente, que constituyen el tema principal de este artículo.
El trabajo fue realizado por un equipo de empleados de TsNII-48 compuesto por: los ingenieros KAPTYUG I.S., KHMELEVSKY R.G. y OLKHOVA y el líder del equipo, el ingeniero FEDOSEENKO G.I.
En el monitoreo de las torres en varios sitios de producción participaron los asistentes de laboratorio del laboratorio de la planta No. 112, RYVANOVA T.A., SHAMSHINA N.A. y KUDAVKINA A.E.
Es especialmente destacable la participación en este trabajo del metalúrgico jefe de la planta, camarada A.A. BOROVIKOV, que prestó una valiosa ayuda al equipo tanto con consejos e instrucciones personales como con medidas administrativas y organizativas.
El informe fue elaborado por KAPTYUG I.S.
El efecto del revenido elevado en la formación de grietas en el anillo de la torre
Al sistematizar los materiales que caracterizan el estado de producción de piezas fundidas para blindaje en la Planta N° 112, fue posible notar el alto revenido y hasta qué punto éste previene la formación de grietas en operaciones posteriores.
Para este propósito, en dos series de la marca, pero también en cuatro series de la marca 44L, no todas las torres fueron sometidas a un templado alto antes de cortar las ganancias.
De una comparación de datos sobre grietas en torres pre-templadas y no templadas de la misma colada, se deduce que para el acero de grado 8C es completamente inaceptable cortar los tubos ascendentes sin pasar las torres que se enfriaron en el suelo a través de un revenido alto preliminar.
Mientras que en las torres que han sido sometidas a un revenido alto preliminar no se observan grietas o se cuentan en cantidad de 1-2 piezas, en las torres de las mismas fundiciones que no han sido sometidas a un revenido alto preliminar se cuentan 20-25 grietas.
El acero de grado 44L se comporta de forma diferente en este sentido. A pesar de no haber sido sometido a un revenido previo a alta temperatura, las grietas en las torres templadas no solo son menores, sino que, en algunos casos, no presentan ninguna grieta. Sin embargo, se observan grietas en otras torres de las mismas coladas.
Entre las fundiciones de grado 44L, solo la 80373 destaca. En esta fundición, la torre 1564, sometida a un revenido preliminar a alta temperatura, presenta más grietas que las demás torres de la misma fundición, también sometidas a dicho revenido. Sin embargo, incluso en este caso, el número de grietas (5) se encuentra dentro de los límites típicos observados en torres de otras fundiciones de este grado sometidas a un revenido preliminar a alta temperatura, como las torres 1570 y 1638.
Los análisis de ambas coladas de acero 8C no cubren todo el rango (dentro del rango actual) de los principales elementos que influyen en la formación de grietas (carbono, manganeso, cromo y fósforo). Sin embargo, se puede afirmar que, para todos los análisis de acero 8C dentro del rango de grados, no se recomienda evitar el revenido preliminar a alta temperatura antes del corte de la mazarota. El aumento del agrietamiento en este grado es demasiado drástico como para esperar que se evite un fenómeno similar en coladas que contienen carbono y cromo cerca de los límites inferiores.
Los análisis de cuatro fundidos de grado 44L tampoco cubren todo el rango de contenido elemental especificado en la especificación de grado. Por lo tanto, para este grado, se recomienda prescindir del pretemplado para fundidos con las siguientes composiciones químicas: contenido de carbono no superior al 0,26 %, cromo 1,50 %, fósforo 0,035 % y contenido de manganeso de cualquier grado.
El contenido de cromo en las fundiciones de la producción bruta se mantiene prácticamente constante, con un máximo del 1,4 %. Por lo tanto, para evitar complicar la implementación de esta suposición en la producción estándar, el límite de contenido de cromo debería elevarse al 1,4 %. Por lo tanto, no hay motivos para esperar consecuencias negativas si se cancela el revenido preliminar.
En el caso de las masas fundidas con un contenido de carbono de 0,27-0,28 y de cromo de 1,41-1,70 por ciento, la cuestión de la cancelación del revenido preliminar debe verificarse mediante observaciones adicionales.
Al extraer estas conclusiones, es importante considerar la siguiente circunstancia: ¿Cómo afecta el intervalo de tiempo entre el final del corte de las tuberías verticales y el posterior revenido a alta temperatura de las torres a la formación de grietas? Para ello, se determinó el intervalo especificado para las torres cuyos tubos verticales se cortaron antes del revenido a alta temperatura.
En las torres de acero grado 8s, este intervalo fue de 11 horas y 30 minutos para la torre 1486 y de 37 horas y 30 minutos para la torre 1366. A pesar de la gran diferencia de tiempo, los resultados de las grietas son prácticamente idénticos. Por consiguiente, en el acero grado 8s, no se observó correlación entre el número de grietas y la duración del intervalo a partir de las 11 horas y 30 minutos.
Para las torres de acero 44L, el intervalo de prueba varía considerablemente. El mínimo es de 10 a 12 horas (torres 1688 y 1883) y el máximo, de 80 horas y 40 minutos.
Si comparamos el número de grietas en las torres con el intervalo correspondiente entre el final del segmento de ganancias y el comienzo de la temporada alta, pero en este caso la ausencia de cualquier relación se hizo aún más clara.
El ejemplo más convincente es la colada 70370. En esta colada, las torres 1688 y 1883 se sometieron simultáneamente a un revenido de alta temperatura en el mismo horno y con la misma disposición. Sin embargo, una torre no presentó grietas posteriormente, mientras que la otra presentó cinco. La tercera torre de esta colada (1514) se sometió a un corte de mazarota simultáneamente con las dos primeras, pero se sometió a un revenido de alta temperatura por separado después de 40 horas. No se encontraron grietas. Las torres 1824 y 1444 de la colada 60336, que se revenieron con al menos 48 horas de diferencia, también superaron el corte de mazarota sin grietas.
Por lo tanto, para el acero de grado 44L, el intervalo entre el final del corte de la contrahuella y el inicio del revenido alto, al menos dentro de las 48 horas, no afecta la formación de grietas después del corte de la contrahuella.
Estas conclusiones se aplican al caso de un segmento de beneficio en estado no templado, tanto para torres de acero 44L como 8S. Existen sólidos argumentos para creer que esta relación no variará si el segmento de beneficio se mide después del templado preliminar, pero esto no puede confirmarse sin una verificación adecuada.
De igual modo, no se puede afirmar sin una verificación adecuada que si el intervalo entre el final de la sección ascendente de las torres de acero 8C en estado no templado y el inicio del templado alto es inferior a 11 horas y 30 minutos, entonces habrá muy pocas grietas.
En primer lugar, es difícil contar con esto, porque incluso una diferencia de 26 horas = 37 horas 30 minutos – 11 horas 20 minutos casi no tuvo efecto en la reducción del número de grietas.
En segundo lugar, no es prudente esperar que este intervalo se reduzca significativamente en comparación con las 11 horas y 30 minutos comprobadas. Un intervalo más corto dificultaría el trabajo del taller de recorte y seguiría siendo incumplido con frecuencia.
Una comparación de la dureza de la torre antes y después del revenido no revela diferencias. En ambos casos, el tamaño de la indentación Brinell osciló entre 4,2 y 4,4 (la dureza se determinó directamente en el anillo de la torre con un calibrador).
Por tanto, hay que tener en cuenta que la fragilidad, que en este caso provoca grietas, no está asociada a la dureza.
Tras determinar la influencia del revenido preliminar a alta temperatura en la formación de grietas durante el corte de la mazarota, cabe esperar que la calidad de esta operación de producción también influya. Esta calidad está determinada principalmente por el régimen de temperatura.
Desafortunadamente, durante estos trabajos, la planta enfrentó serias limitaciones, no solo en cuanto a equipos de medición, sino también en cuanto a la disponibilidad de observadores suficientemente cualificados. En este taller, donde se monitorizaba la mayoría de las torres, los hornos de templado no cuentan con termopares.
Por lo tanto, nos limitamos a registrar la posición de las torres en el horno como indicador indirecto de su grado de calentamiento durante el proceso de calentamiento y mantenimiento. Dependiendo del tamaño del horno, se templaron simultáneamente de dos a seis torres, disponiéndose estas últimas en dos filas.
Según la ubicación de las torres se podrían distinguir cuatro posiciones:
A) La torre está situada en la parte inferior y orientada hacia abajo, es decir hacia el fondo del horno /ubicación designada convencionalmente con la letra “b”/.
B) La torre está situada en la parte inferior, pero sus cimas miran hacia arriba /símbolo “c”/.
B) La torre está ubicada en la fila superior, pero sus puntas miran hacia abajo /símbolo “st”/.
D) La torre está situada en la parte superior, pero sus extremos miran hacia arriba /“v”/.
Para simplificar la comparación de conclusiones, se acordó distinguir solo dos posiciones de las torres durante el templado alto:
- Desfavorable, en la cual la torre está en la parte inferior y girada con los tubos ascendentes hacia abajo; es decir, los tubos ascendentes están en el horizonte inferior del horno /convencionalmente designado como "n"/.
- Es más favorable cuando la torre ocupa cualquiera de las otras tres posiciones, en las que los tubos ascendentes están o bien en los horizontes medios /s y sv/, o bien en los horizontes superiores del horno.
De acuerdo con los datos, se deduce que, para el acero de grado 8C, la posición desfavorable de la torre en el horno durante el revenido aumenta algo el número de grietas en el extremo del anillo.
En torres de acero 44L con una ubicación favorable, la relación entre el número de torres con y sin grietas no difiere de la del acero 8S. Sin embargo, es imposible determinar cómo cambiaría esta relación con una ubicación desfavorable de la torre en el horno, ya que no existen datos similares para el acero 44L.
Los tiempos de calentamiento y mantenimiento para el revenido a alta temperatura presentan ligeras variaciones que no distorsionan las conclusiones obtenidas. Según las instrucciones actuales, el tiempo de calentamiento debe ser de 5 a 6 horas y el tiempo de mantenimiento (a una temperatura de 670 a 690 grados) de 6 a 7 horas. Solo en casos de mayor tiempo de mantenimiento (debido a piezas fundidas de armadura pequeñas) se recomienda aumentar el tiempo de mantenimiento, lo cual se ha hecho en algunos casos.
Influencia de la sección de fuego de los tubos ascendentes en la formación de grietas en el anillo de la torre
Las grietas están estrechamente relacionadas con el proceso de oxicorte. Este se utiliza para cortar contrahuellas, filetes y eliminar engrosamientos, rebabas y otras rebabas. En este caso, nos referimos principalmente a las grietas que se encuentran en la superficie mecanizada del anillo de la torre.
La gran mayoría de las grietas se localizan en aquellas secciones del anillo donde se encontraban los elevadores antes de que fueran cortados.
Esto sugiere que la formación de grietas está estrechamente relacionada con el corte del metal por el fuego. Sin embargo, la existencia de tal hecho por sí sola no agota el problema.
Si el oxicorte fuera la única solución, tras mecanizar el extremo del anillo y templarlo, las nuevas grietas deberían distribuirse de forma relativamente uniforme por todo el perímetro del anillo de la torre. Sin embargo, en realidad, la mayoría de las nuevas grietas se localizan en secciones del anillo que corresponden a la ubicación de las contrahuellas cortadas.
Esto indica que tanto el corte a fuego como el temple provocan indudablemente la formación de grietas (véase más adelante el efecto del temple). Sin embargo, estas grietas se forman principalmente en zonas donde el metal tiene menor capacidad para resistir las tensiones generadas por el corte a fuego de los tubos ascendentes y el temple de las torres mecanizadas.
Estos lugares incluyen, sin duda, secciones del anillo de la torre donde se ubicaron las tuberías verticales durante la fundición. En estas áreas, los procesos de licuación se produjeron sin duda con mayor intensidad.
Esto está asociado con la adquisición de una heterogeneidad física y química más desarrollada del metal, lo que aparentemente conduce a un debilitamiento de la resistencia del metal en este lugar.
Sin embargo, junto con el establecimiento en este trabajo del hecho de la localización predominante de grietas bajo las columnas, tanto después del corte a fuego de las mismas como después del endurecimiento de las torres, se han establecido dos hechos más para los cuales es necesario dar una explicación, pero que contradicen lo dispuesto anteriormente.
1. Hay torres con grietas, pero las grietas no son visibles debajo de todos los contrahuellas.
2. Hay derretimientos donde se forman grietas en algunas torres y no en otras.
En el primer caso, la explicación hay que buscarla en el tamaño realista de la tolerancia para el mecanizado de la parte final del anillo de la torre, que queda en los tramos de las contrahuellas tras el último corte.
Con un recorte cuidadoso de la mazarota, la línea de corte no sobrepasa la tolerancia total prevista para todo el anillo. En este caso, las grietas formadas durante el recorte de la mazarota no se extienden más allá de la tolerancia hacia el cuerpo del anillo, si esta es lo suficientemente grande. Esto garantiza que las grietas se eliminen completamente con las virutas durante el mecanizado posterior.
Si el corte se realiza de forma descuidada, la línea de corte puede extenderse más allá de la tolerancia especificada en algunos puntos. Esto puede provocar que algunas grietas se extiendan más allá de la tolerancia hacia el cuerpo del anillo y queden sin tratar junto con las virutas durante el mecanizado posterior.
Las observaciones del mecanizado de varios anillos de torre confirmaron la importancia de la sobremedida: tras el primer corte, que eliminó una capa de metal de 15 mm a lo largo de la cara final del anillo, se observaron varias grietas. Tras el segundo corte, que eliminó una segunda capa de 15 mm, las grietas desaparecieron. Por lo tanto, una sobremedida de 30 mm en este caso garantizó que las grietas formadas se eliminaran con las virutas.
¿Cómo, entonces, podemos explicar la formación de nuevas grietas tras el endurecimiento bajo las contrahuellas? En este caso, "nuevas" se refiere a grietas encontradas en el punto de soldadura o no en el punto de una grieta antigua sin soldar, sino a grietas en un lugar completamente diferente, donde no existían antes del endurecimiento.
La formación de estas grietas puede estar asociada a casos donde la tolerancia restante es de valor intermedio. En este caso, las grietas evidentes se eliminarán con las virutas. Sin embargo, una parte de la zona metálica afectada por el corte con fuego permanecerá. Esta zona no presenta grietas visibles (macroscópicas), pero es muy probable que se formen grietas microscópicas a lo largo de los límites de los cristalitos. Durante el endurecimiento posterior, estas grietas pasan de microscópicas a macroscópicas, lo que requiere el uso de vapor para eliminarlas.
Al explicar el segundo hecho —la formación de grietas en algunas torres y su ausencia en otras debido al mismo calor—, a la influencia ya mencionada de la cantidad de tolerancia restante debe añadirse la influencia de otros factores. Estos incluyen:
a) diferentes condiciones de endurecimiento de la torre;
b) diferente espesor del anillo en el estado de fundición;
c) diferente calidad de alta liberación realizada antes del corte de las ganancias después de su corte /este punto se relaciona principalmente con la marca 8c/.
La influencia de la masa del anillo de la torre en la formación de grietas
Más arriba se explicó que la gran mayoría de las grietas que se encuentran en los anillos de las torres después de su procesamiento mecánico se forman en aquellas secciones del anillo donde se ubican los elevadores.
Esta explicación también se sustenta en otro hecho. Según la antigua tecnología n.º 112, la tolerancia de mecanizado para la superficie interior del anillo de la torreta era de 50 mm, medida en su sección transversal más grande (en la base de las contrahuellas). Por lo tanto, el espesor del anillo en esta sección transversal alcanza los 120 mm. Este mismo espesor era también el mínimo para las contrahuellas, ya que fueron cortadas por el fuego.
Considerando lo indeseable de tener una masividad excesiva de la fundición en este lugar, al realizar los trabajos para establecer el estado de producción de la fundición de armaduras en la Planta No. 112, se propuso dejar un margen uniforme a lo largo de toda la altura del anillo de 15 mm.
Un volumen excesivo es indeseable tanto por el consumo excesivo de metal como por el consumo innecesario de oxígeno para el corte de las mazarotas, las herramientas y la energía para el mecanizado del anillo. El cambio a una tolerancia uniforme de 15 mm redujo el espesor del anillo en la base de las mazarotas a 80 mm, lo que, a su vez, redujo el volumen total del anillo en su estado original.
En relación con las explicaciones anteriores de las razones de la ubicación predominante de grietas en las áreas debajo de los tubos ascendentes, se podría esperar una reducción en el número de grietas después de tal reducción en la masividad de la fundición.
Observaciones especiales de torres con diferentes espesores de anillo nos permitieron recopilar datos relevantes. Los resultados demuestran claramente una correlación entre el número de grietas en la superficie de la pieza fundida mecanizada y la masa en esa zona.
Parecía que se podría argumentar que la conexión indicada se debía enteramente al hecho de que cortar con fuego las ganancias, que tienen bases más delgadas, reduce el grado de calentamiento del metal en las zonas adyacentes al corte, y con ello reduce las tensiones y las grietas que causan.
En el grupo de torres con una pared anular más gruesa (la tolerancia de mecanizado es de 50 mm), el porcentaje de torres con grietas detectadas tras el mecanizado fue del 60 %. Al cambiar a una tolerancia menor (15 mm), el porcentaje de torres con grietas disminuyó al 15-20 %, lo cual es comprensible si lo atribuimos a un menor calentamiento del anillo en los puntos de corte de la mazarota.
En el grupo de torres con una gran sobremedida de mecanizado (espesor de pared de 120 mm), el porcentaje de torres con grietas detectadas tras el endurecimiento es del 55 %. Al cambiar a una sobremedida de mecanizado pequeña, este porcentaje también disminuye al 23-41 %.
Sin embargo, esta reducción no puede explicarse por una disminución de las tensiones asociadas al modo de calentamiento para el endurecimiento; ésta permanece prácticamente constante, independientemente de la cantidad de tolerancia para el procesamiento mecánico.
Dado que las tensiones de temple se mantienen constantes y el número promedio de grietas ha disminuido, se puede suponer que la resistencia media del metal ha aumentado. Este aumento de la resistencia se explica por la mayor heterogeneidad física y química del metal, resultante de la menor evolución del proceso de licuación durante la solidificación del anillo de la torre debido a su menor masa.
El efecto del temple en la formación de grietas en torres
Un número significativo de torretas de acero de grado 8S y 44L, que tras el tratamiento mecánico del anillo de la torreta no presentaron grietas durante una inspección exhaustiva, desarrollaron grietas tras el tratamiento térmico final. Estas grietas aparecieron en el extremo del anillo de la torreta o en la base del nicho, y en ocasiones en ambos lugares simultáneamente.
La aparición de estas grietas indica sin duda que las tensiones de temple fueron la causa inmediata de su formación en este caso. Del total de torres de procesamiento (antes del temple), el 43 % (23 unidades) presentó grietas después del tratamiento térmico final.
Se agruparon por separado torres de acero de grado 8s y 44l en las que se descubrieron grietas y se soldaron después del tratamiento mecánico, pero que reaparecieron después del tratamiento térmico final en el lugar donde se soldaron las grietas.
La formación de grandes grietas en la torreta 1493 se explica completamente por el análisis anormal de la colada 80375. Esta colada, además de contener carbono y cromo en los límites superiores, presenta un contenido de manganeso excesivamente alto, que supera el límite de calidad. Por lo tanto, no solo esta torreta, sino también otras torretas de esta colada desarrollaron grietas durante el temple. Una torreta de esta colada ni siquiera alcanzó el temple, ya que desarrolló una grieta pasante en el lateral mientras estaba sujeta en una máquina herramienta en el taller, y también fue rechazada.
Cabe señalar que esta torre se había sometido a dos revenidos a alta temperatura (antes y después de cortar las contrahuellas). Sin embargo, retuvo tensiones muy elevadas que, combinadas con las generadas durante la sujeción de la torre en la máquina, provocaron la formación de una gran grieta primaria.
En las coladas restantes, el contenido de carbono, manganeso y cromo no supera los límites de ley y no puede ser causa de la formación de grietas extremadamente grandes, ya que otras torres de las mismas coladas no produjeron grietas de naturaleza similar.
¿Qué aspectos del tratamiento térmico podrían influir, e influyen, en la formación de grietas? Al comparar los datos de torretas sin grietas tras el temple con los de torretas de las mismas temperaturas, pero con grietas, se observa una correlación entre la formación de grietas y la temperatura del medio de temple (agua) en el momento de la inmersión de la torreta.
En el caso del acero de grado 8s, esta dependencia era bastante evidente. Las grietas se forman a temperaturas del agua muy bajas, especialmente cuando el contenido de carbono, cromo (y manganeso) se acerca al límite superior. La temperatura mínima admisible del agua para las torres de temple de acero de grado 8s debe considerarse de 30 °C (coladas 90199, 100131 y 80367).
En el caso del acero de 44L esta dependencia no se reveló claramente.
En algunas coladas (60623, 80336), las torres donde se detectaron grietas se templaron en agua más fría, mientras que en otras coladas (70354, 50507), por el contrario, se templaron en agua más caliente que las torres donde no se detectaron grietas. Es evidente que se necesitan más observaciones para aclarar esta cuestión en este grado de acero.
También se requiere un mayor monitoreo para determinar el efecto de la temperatura a la que se mantienen las torres en el horno y la duración de dicha temperatura. En algunas coladas (80373, 60623, 50507, 80336), se observaron grietas en torres mantenidas en el horno a mayor temperatura y durante un período más prolongado.
No es correcto que para la torre 1371 (fusión 80372), con contenidos de carbono, manganeso y cromo en los límites superiores, el horno se mantuviera a una temperatura de 360 grados. Además, la temperatura se mantuvo a 1000 grados durante 30 minutos (por culpa del operador del calentador).
De la misma manera, para la torre 2956 /fusión 50476/ con un contenido de carbono, manganeso y cromo en el límite superior, no fue posible permitir agua con una temperatura de 25 grados en el momento del enfriamiento.
Cabe destacar dos circunstancias más que no se reflejan en los diagramas del proceso de temple, pero que pueden tener un impacto significativo en la creación de sobretensiones en las torres templadas y, en consecuencia, en la formación de grietas, ya que ocurren en la práctica del taller de tratamiento térmico.
En primer lugar, es esencial un calentamiento uniforme de todas las partes de la torreta y mantener esta uniformidad hasta la inmersión en el medio de temple. La torreta es una combinación compleja de componentes delgados y gruesos, por lo que un calentamiento desigual no debería aumentar significativamente el estado de tensión de la torreta templada.
Este desnivel no se puede conseguir en el caso de una colocación incorrecta de la torre en el horno, cuando sus partes más delgadas /nicho/ están más cerca de la zona de combustión que las partes más gruesas /torre/.
Lo mismo ocurre cuando la torre no se mantiene el tiempo suficiente en el horno, cuando las partes delgadas tienen tiempo de calentarse, pero las gruesas, por supuesto, no.
Finalmente, al alimentar la torre al tanque de enfriamiento, si esta alimentación se retrasa demasiado, las piezas delgadas pueden perder temperatura más rápido que las gruesas.
Esto crea tensiones que se suman a las tensiones que inevitablemente surgen incluso durante el endurecimiento normal de la torre como parte de una forma compleja.
En segundo lugar, la temperatura de la torreta al salir del tanque de temple. En algunos casos, la torreta se enfría completamente durante el temple (se seca lentamente tras ser retirada del tanque). En otros casos, la torreta alcanza una temperatura superior a los 100 °C (el agua en la superficie de la torreta hierve tras ser retirada del tanque).
En este último caso, el calor remanente provocará un revenido parcial de la torre, aliviando parte de la tensión antes de que esta entre en la etapa de revenido a baja temperatura. En el primer caso, la torre no puede autorevenirse. Los resultados de agrietamiento pueden variar en ambos casos, incluso si las torres pertenecen a la misma colada.
Influencia de las variaciones en la composición química de los fundidos en la formación de grietas en torres
Junto con el contenido de los principales elementos que influyen en la formación de grietas, se registraron datos sobre la cantidad de grietas encontradas en cada torre antes y después del endurecimiento, la cantidad de margen para el procesamiento mecánico y la posición de las torres en el horno durante el revenido alto.
En función del número de grietas encontradas en las torres, todas las fundiciones de grado 44L se pueden dividir en cuatro grupos:
Grupo 1 – fundiciones en las que todas las torres no presentan grietas ni durante ni después del enfriamiento.
Grupo 2 – Deshielos en los que sólo una parte de las torres presentan grietas.
Grupo 3 – fundiciones cuyas torres presentan grietas sólo después del endurecimiento.
Grupo 4 – fundidos cuyas torres presentan un gran número de grietas o que no son aptos para su inclusión en los tres primeros grupos.
Dentro de cada grupo de fundidos, se puede identificar un análisis específico que abarca el contenido de los elementos principales presentes en la mayoría de los fundidos de ese grupo. Este análisis se denomina típico, a diferencia del análisis promedio del grupo.
Una comparación de los análisis típicos y promedio muestra que existe una diferencia significativa en el contenido de carbono, manganeso y cromo entre el grupo de fundidos con y sin grietas.
Las coladas sin propensión al agrietamiento contienen entre un 0,22 % y un 0,25 % de carbono, entre un 0,9 % y un 1,06 % de manganeso y entre un 1,22 % y un 1,40 % de cromo. Las coladas con alta propensión al agrietamiento contienen entre un 0,25 % y un 0,28 % de carbono, entre un 1,05 % y un 1,10 % de manganeso y entre un 1,30 % y un 1,40 % de cromo.
El análisis de las fundiciones de los Grupos 2 y 3 se encuentra dentro de los límites de análisis de las fundiciones del grupo agrietado, pero con algunas desviaciones. Si bien no hay diferencia en el contenido de cromo, las fundiciones del Grupo 2 presentan contenidos de carbono y manganeso ligeramente superiores.
Así, desde el punto de vista del contenido de los principales elementos que pueden influir en la formación de grietas, las masas fundidas de los grupos 2, 3 y 1 se pueden combinar en un grupo de masas fundidas en el que se observan grietas en las torres, en contraste con el otro grupo, donde las grietas en las torres están completamente ausentes.
En consecuencia, para el grado 44L, el límite superior del contenido de los elementos principales que limitan el área de análisis desfavorable para la formación de grietas en la parte final del anillo de la torre se caracteriza por lo siguiente: contenido de carbono no superior a 0,23 por ciento, manganeso no superior a 1,05 por ciento, cromo no superior a 1,40 por ciento.
La excepción a esta regla son las fundiciones 50444 y 50445 con contenido de cromo en el límite superior, 50438 y 50436 con contenido de carbono en el límite superior.
Las torres de estos fundidos observadas no presentaron grietas. La falta de datos sobre grietas en otras torres de estos fundidos no permite considerar esta excepción significativa.
Es muy posible que las torres restantes de estas coladas, procesadas sin supervisión de personal, presentaran grietas. La ausencia de grietas en las torres 2868, 2857 y 2241 de las coladas 50444, 50445 y 50433 se puede atribuir, en parte, a la ausencia de un volumen excesivo de fundición debido a la pequeña tolerancia de mecanizado (15 mm).
Cabe destacar que la colada 50439, al igual que la 50438, presenta el mayor contenido de silicio en comparación con las demás coladas. Esto las distingue de las demás coladas de grado 44L consideradas, pero no nos permite extraer conclusiones sobre la relación entre el contenido de silicio y la incidencia de grietas.
En la masa fundida 80340, la ausencia de grietas se puede explicar por el hecho de que el efecto desfavorable del aumento del contenido de manganeso /1,10 por ciento/ se compensa con la reducción del contenido de cromo /1,24 por ciento/ y del contenido de níquel /1,09 por ciento/.
En cuanto a las excepciones de orden opuesto, es decir, cuando las masas fundidas presentan grietas en las torres, aunque según el análisis químico no debería haber grietas, entonces al respecto se pueden hacer las siguientes observaciones:
En la colada 80336 (Grupo 2), solo se detectaron grietas tras el corte de la mazarota en la torre (1633) con el anillo más masivo. Las otras tres torres de las mismas coladas, cada una con un anillo menos masivo, no presentaron grietas antes del temple, lo cual concuerda con el bajo contenido de carbono y cromo típico de las coladas sin grietas. Solo un contenido ligeramente elevado de manganeso en condiciones favorables (la masa excesiva de la pieza fundida) pudo haber contribuido a la formación de grietas en una de las cuatro torres de esta colada.
Las coladas 80333 y 50427 presentan contenidos de carbono típicos de las coladas sin fisuras. Sin embargo, el alto contenido de manganeso y cromo en este caso contrarrestó los efectos beneficiosos del menor contenido de carbono, provocando la formación de grietas en las torres. El volumen excesivo del anillo también contribuyó a ello.
De todo lo anterior sobre la influencia de las fluctuaciones en la composición química de las masas fundidas en la formación de grietas en los anillos de las torres, se desprende que, para el grado 44L, dicha influencia se produce en el carbono, el manganeso y el cromo. La formación de estas grietas es improbable (en condiciones normales de proceso) si el contenido de carbono no supera el 0,25 %, el de manganeso no supera el 1,05 % y el de cromo no supera el 1,40 %. Sin embargo, se permite aumentar el contenido de uno de estos elementos hasta el límite superior de la especificación del grado y, al mismo tiempo, reducir el contenido de los otros dos hasta el límite inferior.
Más peligroso en términos de formación de grietas en el acero de grado 44L es acercarse al límite superior de contenido de carbono y manganeso que el cromo.
Un contenido reducido de cromo, si bien es deseable para prevenir grietas, no es recomendable para la formación de fracturas fibrosas. Para lograr esto último, las piezas de blindaje fundidas de acero grado 44L deben tener un contenido de cromo de al menos el 1,30 %.
De lo contrario, especialmente cuando el contenido de carbono y manganeso está en el límite inferior, es inevitable el procesamiento térmico repetido de las piezas.
En base a esta observación, el contenido óptimo de cromo en el acero 44L, que tiene en cuenta estos requisitos opuestos, se puede determinar como 1,3-1,6 por ciento.
El número insuficiente de aceros fundidos 8s, que fue observado por los miembros del equipo en paralelo con aceros fundidos 44l, no permite sacar conclusiones sobre la relación entre el contenido de carbono, manganeso y cromo en el acero 8s y el número de grietas en el anillo de la torre.
La influencia del fósforo merece especial atención. Este elemento se considera el más peligroso en cuanto a su impacto en la formación de grietas. Sin embargo, los datos citados muestran que, en niveles de hasta el 0,035 %, su impacto negativo es prácticamente insignificante.
Los ejemplos muestran que, a pesar de un contenido de fósforo del 0,032 % al 0,35 %, solo unas pocas torres presentan grietas, mientras que el resto de las torres de las coladas no presentan grietas. Es evidente que dicho contenido de fósforo no determina la formación de grietas, ya que, de lo contrario, se habrían formado grietas en todas las torres de estas coladas.
De manera aún más definitiva, se estableció que el fósforo no tiene efecto sobre la formación de grietas en las piezas de blindaje fundidas de la marca 8s.
La colada 100128 contiene un 0,037 % de fósforo, mientras que las coladas 100130 y 100131 contienen hasta un 0,039 %. Parecería que con tal contenido de fósforo, el número de grietas debería aumentar considerablemente, si se acepta la idea de que el fósforo desempeña un papel importante en la formación de grietas en las piezas fundidas de blindaje. La colada 100130 debería haber sido particularmente desfavorable en términos de incidencia de grietas, con su alto contenido de manganeso (1,30 %), especialmente carbono (0,26 %) y cromo (1,06 %). En realidad, las torretas de esta colada están completamente libres de grietas. En cuanto a las demás coladas, tres de cada cuatro torres de la colada 100126 y tres de cada seis torres de la colada 100131 también están completamente libres de grietas. Las torres restantes de las dos coladas tienen 1 o 2 grietas cada una, y solo una de las seis torres de la colada 100131 desarrolló 4 grietas.
Si comparamos estos resultados con los resultados de las grietas de las fundiciones 90199, 80367 y 80332, que contienen entre 0,031 y 0,032 por ciento de fósforo, entonces debemos reconocer una vez más la exactitud de la conclusión anterior de que prácticamente no hay efecto negativo del fósforo en la formación de grietas en las piezas fundidas de armaduras con un contenido de hasta 0,039 por ciento.
Comparación de los grados de acero 8s y 44l en su aplicación para la producción de piezas fundidas para blindaje
Si comparamos ambos grados por el número total de grietas que se encuentran en las torres antes y después de la colocación, entonces las torres hechas de acero 8S tienen menos probabilidades de desarrollar grietas en el extremo del anillo de la torre (48 por ciento) que las torres hechas de acero 44L (52 por ciento).
Si esta comparación se realiza por separado antes y después del temple, se observa la relación opuesta. Antes del temple, el acero de grado 8S es ligeramente más propenso al agrietamiento que el de grado 44L (32 % frente a 46 %). En este último caso, la diferencia es más significativa que antes del temple, lo que, en última instancia, explica algunas de las ventajas del acero de grado 8S.
Las propiedades negativas mencionadas del acero grado 44L se confirman por su mayor susceptibilidad al agrietamiento en el fondo del nicho tras el endurecimiento de la torre. Mientras que el porcentaje de torres de acero grado 8S con grietas en el nicho es del 8 %, el de torres de acero grado 44L con dichas grietas es del 18 %.
Una diferencia más significativa a favor del grado 8c surge al comparar los grados no por el número de torres de cada grado con grietas, sino por el número de grietas en las propias torres. Se identificaron cuatro grupos de torres para la comparación. El primer grupo incluye torres con 1 o 2 grietas, el segundo con 3 a 6 grietas, el tercero con 7 a 9 grietas y el último grupo incluye torres con más de 9 grietas.
Una comparación de esta característica muestra que las torres de acero grado 8s presentan con mayor frecuencia de 1 a 2 grietas (32 % del total de torres examinadas), mientras que las que presentan de 3 a 6 grietas son comparativamente poco frecuentes (12 %), y las que presentan de 7 a 9 grietas son muy poco frecuentes (2 %). En cuanto a las torres de acero grado 44l, los porcentajes para los tres primeros grupos son del 20 %, 18 % y 10 %, respectivamente. Además, aunque poco frecuentes (4 %), también se encuentran torres del cuarto grupo (es decir, con más de 9 grietas), algo que no ocurre en las torres de acero grado 8.
Si comparamos las torres de ambos grados, que tienen un anillo excesivamente masivo en la fundición (espesor de pared de 120 mm), entonces las torres hechas de acero de grado 8s producen ligeramente más grietas (73 por ciento) que la torre hecha de acero de grado 44l (65 por ciento).
Sin embargo, al comparar los resultados obtenidos antes del tratamiento térmico de las torres (los resultados caracterizan el análisis de temple), no se detecta la diferencia entre los grados en este caso, es decir con un anillo masivo.
El cambio a un anillo menos masivo (80 mm de espesor de pared) modifica significativamente estas relaciones. En ambos grados, se observa una disminución en el porcentaje de torres con grietas.
Sin embargo, en el caso de los aceros de grado 8, esta disminución se produce en un factor de 2,4 (del 73 % al 31 %), mientras que en el de grado 44l, la disminución es de tan solo 1,6 (del 65 % al 41 %). Como resultado, el de grado 44l conserva una mayor tendencia a agrietarse.
Un T-34 en la planta de Krasnoye Sormovo antes de su restauración.
La razón por la cual las marcas cambiaron de lugar al cambiar a un anillo menos masivo se puede ver en una comparación de los datos de inspección de las torres antes y después del endurecimiento.
En el caso del grado 8, se observa una reducción diferente en la formación de grietas tanto durante el recorte de la mazarota (antes del endurecimiento) como durante el endurecimiento. En el caso del grado 44l, solo se observa una reducción drástica en la formación de grietas durante el recorte de la mazarota. En este caso, la reducción en la formación de grietas durante el endurecimiento no es tan drástica como en el caso del grado 8.
Como resultado, con un anillo menos masivo, solo el 23 por ciento de las torretas de grado 8s desarrollan grietas durante el endurecimiento, mientras que para las torretas de acero de grado 44l la misma cifra es del 41 por ciento.
Cabe recordar que la Planta n.° 112 fabricará todas las torretas con un anillo menos masivo. Por lo tanto, al considerar la diferencia entre los grados 8S y 44L, solo se debe considerar la diferencia establecida para las torretas con un anillo menos masivo. Como se mencionó anteriormente, en este caso, el grado 44L es significativamente inferior al grado 8S que con un anillo más masivo. Esta diferencia se debe completamente al comportamiento menos favorable del acero 44L en comparación con el acero 8S con respecto a la formación de grietas durante el temple.
Tras el temple, el 13% de las torretas de acero grado 8S, el 32% de las torretas de acero grado 8S y el 32% de las torretas de acero grado 44L presentaron grietas en el anillo. Si se incluyen también las grietas en el fondo del nicho, estas cifras ascienden al 25% y al 31%, respectivamente.
Esto también se confirma por la formación de grandes grietas causadas por el temple. De las cinco torres rechazadas por este motivo en octubre y noviembre, todas eran de acero de grado 44L, a pesar de que durante el mismo período se procesaban torres de acero de grado 8S junto a ellas.
Al principio del informe, se indicó que el objetivo principal de este trabajo son las grietas reparables. Estas grietas se reparan cortándolas y soldándolas. Esta reparación retrasa el paso de las torres por las áreas de producción y requiere mano de obra y materiales adicionales. Al mismo tiempo, el tamaño de estas grietas y su ubicación en el anillo de la torre plantean dudas sobre su amenaza para la supervivencia de la torre.
En base a esto, sería recomendable abordar la cuestión de comprobar el grado de peligrosidad que suponen para la supervivencia de la torre y la posibilidad de dejarlos sin soldar.
Si los resultados de dichas pruebas confirmaran que no era necesario reparar dichas grietas, se eliminaría la principal desventaja del grado 44L en comparación con el grado 8S, detectada durante la producción anual de este grado en la Planta n.° 112. En este caso, la decisión de mantener el grado 44L en plena producción se tomaría sin considerar la desventaja prácticamente insignificante del grado 44L (grietas) y considerando la importante y relevante ventaja actual de reducir el consumo de níquel y ferromolibdeno.
Otra desventaja, puramente técnica, del grado 44L es su mayor viscosidad de colada en comparación con el grado 8S. Esto solo se aprecia cuando los hornos de hogar abierto operan a bajas temperaturas y el proceso de colada es largo. Por lo tanto, en la Planta n.° 112, esta desventaja del grado 44L se manifiesta en el Taller n.° 20, donde los hornos operan a bajas temperaturas y la colada dura aproximadamente una hora, ya que aquí también se funden piezas de blindaje pequeñas, además de las torretas. En el Taller n.° 21, donde solo se funden torretas y la colada dura entre 20 y 25 minutos, esta característica del grado 44L no es perceptible.
Además, la posibilidad de cancelar el templado alto preliminar de torres antes de cortar las ganancias, que se ha hecho evidente para la marca 44L, es una ventaja muy valiosa de esta marca en las condiciones de la Planta No. 112, que no tiene un número suficiente de hornos en los que se puede realizar el templado alto de torres.
RESUMEN
Pequeñas grietas reparables, de hasta 30 mm de profundidad, que aparecen muy a menudo en la superficie mecanizada del anillo de la torre hecho de acero 44L y 8S, y en la gran mayoría (al menos el 80 por ciento) se forman en aquellas secciones del anillo donde se ubicaron los elevadores en la fundición.
Un patrón similar de distribución de grietas se observa no sólo después de cortar los tubos ascendentes con fuego, sino que también se repite después de endurecer las torres.
La distribución predominante de grietas debajo de las contrahuellas y la repetición de una distribución similar después del endurecimiento, ambos hechos permiten considerar que las razones de la formación de estas grietas son:
1) la presencia de zonas debilitadas en el anillo de la torre /bajo los elevadores/.
2) tensiones internas de origen de fundición, en gran parte retenidas después del alto temple de las torres.
3) tensiones que surgen durante el corte de beneficios.
4) tensiones que surgen durante el endurecimiento.
Las dos últimas razones son causadas por la influencia de factores externos y pueden denominarse externas, en contraste con las dos primeras, que están incorporadas a la fundición desde el comienzo mismo de su existencia, son causadas por las propiedades naturales del metal y pueden denominarse características internas.
La formación predominante de grietas bajo las mazarotas se explica por la menor resistencia del metal, debido a la heterogeneidad física y química de la fundición en estas zonas. Esta heterogeneidad se debe al desarrollo más intenso del proceso de licuación en la zona de las mazarotas, debido a la solidificación más lenta del acero en esa zona.
A medida que la torre se enfría tras la fundición, se generan tensiones internas debido a su contracción. La compleja forma de la torre contribuye a una contracción desigual y, en consecuencia, al desarrollo de altas tensiones internas en su interior.
El revenido a alta temperatura, a temperaturas de 670-690 °C, alivia solo parcialmente estas tensiones. Esto se confirma por la formación de una gran grieta en el anillo y debajo de la torreta, previamente sometida a revenido a alta temperatura, durante el corte de la mazarota. Otro incidente ocurrido en el taller de máquinas fue cuando la torreta, tras ser revenida a alta temperatura dos veces, con una dureza de 4,3-4,4, se agrietó en toda la brida y el anillo al ser montada en una máquina con una carga adicional relativamente pequeña.
Una causa externa de la formación de grietas que se encuentran en el anillo antes del endurecimiento son las fuertes tensiones locales que surgen bajo la influencia del calentamiento local durante el corte al fuego de los tubos ascendentes.
Estas tensiones se superponen a las tensiones de fundición que permanecieron en la torre tras el revenido. Si las tensiones resultantes superan la resistencia del metal en las zonas más débiles, se descargan y forman grietas. Como se mencionó anteriormente, estas zonas corresponden a las secciones del anillo de la torre donde se ubicaban los tubos ascendentes.
Estas consideraciones se ven confirmadas por el hecho de que muy a menudo en una misma torre se observan grietas sólo bajo una parte de los tubos ascendentes.
Otra causa externa de la formación de grietas en las mismas zonas del anillo son las tensiones que surgen durante el endurecimiento de la torre. Estas tensiones no son locales. El requisito interno para la formación de grietas —la presencia de puntos débiles— se mantiene e incluso aumenta en este caso. El aumento de las tensiones se debe a la eliminación de la costra metálica sana durante el mecanizado de la superficie interior del anillo de la torre.
Así, en este caso, las tensiones que surgen tienen la oportunidad de descargarse en los lugares de debilidad con la formación de nuevas grietas, que es lo que ocurre si la magnitud de las tensiones alcanza la resistencia última del metal.
Esto confirma el hecho de que las grietas se forman predominantemente durante el endurecimiento en las mismas áreas del anillo donde se encontraban los elevadores antes de ser cortados.
La agudeza del temple, que determina la magnitud de las tensiones de temple, depende no sólo del modo de temple, sino también del análisis químico de la torre.
Para el grado 44L, se ha establecido que, desde el punto de vista de reducir la posibilidad de que se formen grietas en el anillo de la torre tanto por endurecimiento como por corte con fuego, es deseable tener un contenido de carbono de no más del 0,25 por ciento, un contenido de manganeso de no más del 1,05 por ciento y un contenido de cromo de no más del 1,4 por ciento.
Sin embargo, desde el punto de vista de la formación de fracturas fibrosas, es deseable que el contenido de cromo en este grado de acero no sea inferior al 1,3 %. Por lo tanto, el rango óptimo de contenido de cromo para el acero 44L, considerando estos requisitos opuestos, se puede determinar aproximadamente entre el 1,3 % y el 4,6 %.
No fue posible establecer los límites deseados para el contenido de carbono, manganeso y cromo para el acero grado 8s debido al número insuficiente de coladas de este grado que se observaron.
No se ha establecido un límite superior peligroso para el contenido de fósforo en ninguno de los dos grados. En cualquier caso, es superior al 0,035 % para el acero de grado 44L y al 0,039 % para el acero de grado 8S.
Anteriormente, en otro estudio, se estableció que en un contenido de hasta 0,044 por ciento, el fósforo no empeora la fractura después del tratamiento térmico final y no reduce la resistencia de la armadura requerida por las especificaciones técnicas.
Por lo tanto, el límite actual de contenido de fósforo del 0,030 % para las piezas fundidas de blindaje es una restricción injustificada. No se ha confirmado la necesidad de esta limitación en las piezas fundidas, en lo que respecta al efecto del fósforo en cada una de las tres propiedades principales del blindaje (fractura, resistencia del blindaje y formación de grietas).
Teniendo en cuenta lo anterior y las dificultades que se observan actualmente en la industria metalúrgica, en particular en la Planta N° 112, con la producción de materiales con baja carga de fósforo, resulta intolerable seguir manteniendo esta limitación en la fundición de blindajes a partir de acero de estos grados.
Los resultados positivos obtenidos durante la transición a la fundición de una torreta con un anillo menos masivo debido a una reducción en el margen de mecanizado de la superficie lateral de este último de 50 mm a 15 mm, así como una reducción en la cantidad de 9 a 7 piezas, confirmaron las ideas presentadas sobre las principales causas de la formación de grietas en el anillo de la torreta.
Estas razones, como se ha indicado anteriormente, se reducen, por una parte, a la presencia de zonas de debilitamiento en el anillo bajo las mazarotas por tensiones internas de origen de fundición, y por otra parte, a la aparición de tensiones procedentes de la sección de fuego de las mazarotas, que actúan en combinación con las tensiones de fundición, y a la aparición de tensiones de endurecimiento.
La reducción de la masa del anillo ralentizó naturalmente el desarrollo de la licuefacción dentro del anillo en su conjunto, y en particular bajo las mazarotas. Esto redujo la heterogeneidad del metal y la probabilidad de agrietamiento.
Por otro lado, la reducción del espesor del anillo de 120 mm a 80 mm también redujo el espesor de las mazarotas en su base, donde se cortan con soplete. En consecuencia, se aceleró el proceso de corte y se redujo el calentamiento local del anillo en la zona de la mazarota. Esto redujo las tensiones generadas durante el corte con soplete de las mazarotas.
Además, al sustituir la tolerancia de 50 mm por una de 15 mm, se eliminó la exposición de la zona interior más deteriorada (en cuanto a sección transversal) del anillo, que inevitablemente se producía al tornear la superficie interior de un anillo más macizo. Esta superficie menos deteriorada propiciaba la formación de grietas durante el endurecimiento posterior.
Las siguientes figuras pueden servir como ilustración de la exactitud de estas explicaciones.
El número total de torres con grietas (para los grados 8s y 44l juntos) con un anillo masivo es del 68 por ciento, con un anillo liviano, solo del 38 por ciento.
El número total de torres con grietas detectadas antes del endurecimiento es del 50 por ciento para un anillo masivo y del 37 por ciento para un anillo liviano.
El número total de torres con grietas después del endurecimiento con un anillo masivo es del 55 por ciento, con un anillo ligero, del 35 por ciento.
La preservación de algunas de las grietas causadas por el corte con fuego en la superficie del extremo del anillo de la torre mecanizado también depende de la cantidad de margen para el mecanizado que queda en las áreas debajo de los elevadores después del corte.
Al cortar con cuidado los elevadores, la línea de corte no debe llegar hasta el margen total provisto para todo el anillo.
En este caso, las grietas formadas durante el corte de la mazarota no sobrepasan la tolerancia en el cuerpo del anillo, siempre que esta sea lo suficientemente grande. Posteriormente, durante el mecanizado, las grietas se eliminan completamente con las virutas.
Si el corte se realiza de forma descuidada, la línea de corte puede extenderse más allá de la tolerancia especificada en algunos puntos. Esto puede provocar que algunas grietas se extiendan más allá de la tolerancia hacia el cuerpo del anillo y queden sin tratar junto con las virutas durante el mecanizado posterior.
Las observaciones del procesamiento de varias torres confirmaron el papel indicado del tamaño de esta asignación.
Existe una diferencia en la resistencia a las grietas entre el acero 8s y el 44l.
La capacidad del acero 8s para formar pequeñas grietas reparables en el extremo del anillo es generalmente menor que la del acero 44l (48 por ciento de torres con grietas versus 52 por ciento).
Esta diferencia se debe a la mayor capacidad del acero 44L para formar grietas después del endurecimiento en comparación con el acero 8S (el 46 por ciento de las torres de grado 44L tienen grietas frente al 32 por ciento del grado 8S).
Antes del endurecimiento /grietas por corte con llama/ se observa una relación inversa, pero la diferencia es menos significativa /36 por ciento versus 26 por ciento a favor del grado 44l/.
Al comparar torretas fundidas con un anillo menos masivo por separado, la diferencia en grietas después del endurecimiento aumenta drásticamente (41 por ciento de torretas con grietas para el grado 44L versus 23 por ciento para el grado 8S).
En este sentido, en general, en términos de grietas /antes y después del endurecimiento/, el grado 44L es inferior al grado 8S (41 por ciento de torres con grietas frente a 31 por ciento).
Se observa una diferencia más significativa cuando se compara no el número de torres de una marca y otra que presentan grietas, sino el número de grietas en las torres.
Entre las torres construidas con acero 8s, las más comunes son las que tienen entre 1 y 2 grietas (32 por ciento), con menor frecuencia las que tienen entre 3 y 6 grietas (12 por ciento) y muy raramente las que tienen entre 7 y 9 grietas (4 por ciento).
En las torres de acero de grado 44L, las cifras correspondientes son del 20 %, 18 % y 10 %. Además, las torres con más de nueve grietas (4 %) son poco frecuentes, aunque no se observan en absoluto en el acero de grado 8S.
La capacidad de formar grandes grietas de endurecimiento tanto en el nicho (requieren reparaciones importantes) como en el anillo de la torre (conducen al rechazo de las torres) también es mayor para la marca 44L que para la 8s (para el nicho tenemos un 18 por ciento de torres con grietas frente a un 8 por ciento).
Los datos de reparación de grietas en torretas de abril a julio muestran que las torretas del 44L se reparan en mayor número que las del 8S. Las reparaciones de anillos representan el 30 % frente al 8 %, las reparaciones de nichos el 6 % frente al 2 %, y las reparaciones laterales el 1 % frente a cero.
Durante el mismo período, las torres de 2 por ciento y cero 8c fueron rechazadas debido a grietas.
El acero de grado 44L presenta una mayor viscosidad durante la fundición en comparación con el acero de grado 8S. Esta mayor viscosidad se percibe en hornos más fríos y durante fundiciones de larga duración (para piezas pequeñas).
Las torres, antes y después del revenido preliminar a alta temperatura, presentan una dureza idéntica, que oscila entre 4,0 y 4,4 (diámetro de hoyuelo Brinell). Por lo tanto, la fragilidad que provoca grietas durante el corte de la mazarota no está relacionada con la dureza del metal. Esta fragilidad se debe a las tensiones de fundición que no se alivian con el revenido a alta temperatura realizado en la Planta n.º 112.
El revenido a alta temperatura para evitar el agrietamiento durante el corte de la columna de refuerzo es obligatorio solo para el acero de grado 8C. Este régimen de revenido debe garantizar un calentamiento uniforme y suficiente de las torres. Por esta razón, las torres de acero de grado 8C deben colocarse en el hogar del horno con la columna de refuerzo hacia arriba.
Al disponer las torres en el horno en dos niveles, las torres superiores se pueden colocar /si es necesario/ con sus tubos ascendentes orientados hacia abajo.
En el caso del acero grado 44L, el corte de las mazarotas sin revenido no aumenta la incidencia de grietas durante el oxicorte, a diferencia del acero grado 8S. Por lo tanto, no es necesario un revenido previo a alta temperatura para el acero grado 44L.
Un retraso en la colocación de torres para un posterior revenido alto dentro de las 80 horas desde el final de la sección del tubo ascendente en el estado sin revenido tampoco aumenta el número de grietas en torres hechas de acero de grado 44L.
Las bajas temperaturas de temple favorecen la formación de nuevas grietas en el anillo de acero de 8 °C de la torre. La temperatura mínima admisible del agua en este caso es de 30 °C.
En el caso del acero 44L, este trabajo no logró revelar una dependencia similar.
CONCLUSIONES
A. Con base en los resultados del trabajo realizado, se estableció lo siguiente:
1. La formación de pequeñas grietas reparables de hasta 30 mm de profundidad, que suelen aparecer en la superficie mecanizada del anillo de la torre de acero de grado 44L y 8S, se debe al efecto de las tensiones internas de fundición, combinadas con las tensiones del corte a fuego de las contrahuellas y su posterior endurecimiento, en las zonas debilitadas del metal, que son las secciones del anillo donde se encontraban las contrahuellas antes de su corte.
2. La fragilidad que causa grietas al cortar las mazarotas no está relacionada con la dureza del metal. Esta fragilidad se debe a las tensiones de fundición que no se alivian completamente con el revenido a alta temperatura realizado en la Planta n.° 112.
3. La capacidad de las piezas fundidas para formar grietas aumenta con el aumento de la masa del anillo (debido a un margen excesivamente grande para el procesamiento mecánico de la superficie lateral del anillo).
4. La capacidad de las piezas fundidas para formar grietas depende del contenido de carbono, manganeso y cromo en el acero.
Para reducir el riesgo de agrietamiento en el anillo de la torre de acero grado 44L, manteniendo al mismo tiempo la capacidad del acero para formar fracturas fibrosas, se recomienda que el contenido de carbono no supere el 0,25 %, el de manganeso no supere el 1,05 % y el de cromo se encuentre entre el 1,3 % y el 1,0 %. Debido a la falta de datos, no se ha establecido una relación similar para las torres de acero grado 8S.
5. El límite superior del contenido de fósforo en las piezas fundidas de blindaje que es peligroso desde el punto de vista de la formación de grietas es superior al 0,035 por ciento para el acero de grado 44L y superior al 0,039 por ciento para el acero de grado 8S.
6. El acero de grado 8S presenta una menor tendencia a la formación de grietas en el anillo de la torre que el acero de grado 44L. Esta diferencia se observa en el número de grietas presentes y, en particular, en el número de grietas encontradas en las torres de ambos grados.
7. En el caso del acero de grado 44L, la ausencia de un revenido alto antes de cortar las contrahuellas no produce un aumento en el número de grietas, a diferencia del acero de grado 8C, en el que la ausencia de un revenido alto preliminar aumenta considerablemente el número de grietas formadas durante el corte de las contrahuellas.
8. Un retraso en la colocación de torres para un posterior revenido alto dentro de las 80 horas desde el final de la sección del tubo ascendente en el estado sin revenido tampoco aumenta el número de grietas en torres hechas de acero de grado 44L.
9. Las bajas temperaturas de temple contribuyen a la formación de grietas en el anillo de la torre, fabricado con acero de grado 8C. La temperatura mínima admisible del agua en este caso es de 30 grados.
ПРЕДЛОЖЕНИЯ
A. Para reducir el número de grietas encontradas en el anillo de la torre, se deben tomar las siguientes medidas:
1. En un futuro próximo, pasar completamente a torres de fundición con un pequeño margen para el procesamiento mecánico de la superficie lateral del anillo (15 mm) y un margen de 35 mm en su superficie final.
2. Manteniendo sin cambios el número de elevadores (5 piezas), reducir su longitud de 450-500 mm a 350-400 mm, confirmando la optimalidad de los tamaños de elevadores seleccionados a través de un control mejorado del primer lote de 25 torres.
3. El achaflanado durante el procesamiento mecánico elimina los bordes afilados que actualmente se producen en la parte mecanizada del anillo de la torre y facilitan la formación de grietas durante el endurecimiento.
4. Prohibir colocar torres de acero de grado 8s en el horno de alto temple /antes de cortar las columnas/ con las columnas hacia abajo, si están colocadas en la fila inferior, es decir directamente sobre el hogar del horno.
5. Prohibir el endurecimiento de torres de acero grado 8C en agua con una temperatura inferior a 30 grados.
6. Para el acero 44L, se recomienda mantener un contenido de carbono no superior al 0,25 %, de manganeso al 1,1 % y de cromo entre el 1,3 % y el 1,6 %. Si el contenido de uno de estos elementos se encuentra en el límite superior, es preferible que el de los otros dos se encuentre en el límite inferior.
7. Cuando el contenido de estos elementos exceda los límites especificados, se deben ajustar los regímenes de temple para reducir su intensidad (reduciendo la temperatura de mantenimiento, aumentando la temperatura del agua, etc.). Esto es especialmente necesario cuando el contenido de los tres elementos se acerca al límite superior.
B. Para eliminar el desperdicio de combustible, el transporte innecesario entre talleres y aumentar el rendimiento de los hornos de alto temple, se deben adoptar las siguientes medidas:
8. Programe un revenido preliminar a alta temperatura de un mes para las torretas y las piezas fundidas de blindaje pequeñas de acero grado 44L antes del corte de la tubería vertical. Mantenga un registro especial de las hojas de datos de estas torretas. Al final del período de prueba, revise las hojas de datos para verificar el número de grietas en las torretas. Con base en los datos obtenidos, resuma el impacto de cancelar el revenido preliminar y extraiga una conclusión final al respecto. Involucre a TsNNI-48 para resumir los resultados y extraer una conclusión final.
9. La cancelación de la liberación mensual alta se extenderá a todas las fundiciones con un contenido de carbono no mayor a 0,26 por ciento, manganeso no mayor a 1,30 por ciento, cromo no mayor a 1,40 por ciento y fósforo no mayor a 0,035 por ciento, sin excluir el caso de una combinación de todos estos elementos en los límites superiores especificados.
10. No hay razón para esperar que, con un contenido de cromo del 1,41 % al 1,70 % y un contenido de carbono del 0,27 % al 0,28 %, la eliminación del revenido preliminar a alta temperatura provoque un mayor crecimiento de grietas. Sin embargo, sin las pruebas adecuadas, que deben realizarse simultáneamente con el trabajo descrito en el punto 8, es imposible emitir una afirmación categórica.
B. Para eliminar las pruebas de campo innecesarias de torres con contenido de fósforo en el rango de 0,036 a 0,040 por ciento y las demoras asociadas en las fundiciones de producción, aumente el límite permisible de contenido de fósforo a 0,040 % para las piezas fundidas de armadura hechas de acero de grados 8s y 44l.
G. Comprobar la influencia de las pequeñas grietas observadas en la superficie tratada del anillo de la torreta en estado no terminado sobre la capacidad de supervivencia de esta última bajo el fuego de los proyectiles.
El objetivo de la prueba debería ser determinar hasta qué punto es necesaria la soldadura de dichas grietas, ya que esto requiere mano de obra, tiempo y materiales adicionales. El tamaño y la ubicación de estas grietas, en nuestra opinión, plantean dudas sobre su potencial para comprometer la supervivencia de las torres en condiciones operativas.
Esta inspección debe realizarse con la máxima urgencia. Si los resultados confirman que no es necesario reparar dichas grietas, la Planta n.° 112, independientemente del tipo de acero, se ahorrará una gran cantidad de trabajo innecesario y, como resultado, podrá aumentar la producción de vehículos.
Al mismo tiempo, desaparecería el principal argumento contra el grado 44L, utilizado para la fundición de armaduras, por ser más propenso a agrietarse en comparación con el grado 8S.
Si no tenemos en cuenta otra desventaja del 44L: el aumento de la viscosidad durante el vertido, que, sin embargo, se manifiesta solo durante el funcionamiento en frío de los hornos de hogar abierto y el vertido prolongado, entonces, habiendo eliminado el argumento principal, quince meses de trabajo en la Planta No. 112 en este grado de acero confirman la posibilidad de utilizar su principal ventaja: la ausencia de necesidad de níquel y ferromolibdeno, cuyo uso económico sigue siendo una tarea muy urgente en la actualidad, independientemente de las condiciones de funcionamiento de varias plantas.
Jefe del grupo de Moscú del TsNII-48 Larin
Jefe del sector metalúrgico del Instituto Central de Investigación-48 Kaptyug.
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