Eterogenitatea chimică într-un lingou este de obicei definită de termenii sinonimi: lichefiere și segregare (lat. liquatio — topire, lichefiere; segregare — a separa). A. S. Lavrov și N. V. Kalakutsky au atras atenția pentru prima dată asupra eterogenității chimice a lingourilor de oțel în anii ’60 ai secolului XIX.
Oțelul este un lichid multicomponent. Solidificarea unui astfel de lichid are loc într-un anumit interval de temperatură. La această temperatură, primele cristale formate conțin, de regulă, mai puține impurități decât ultimele.
Sulful, oxigenul, carbonul și, într-o mai mică măsură, manganul și siliciul au cea mai mare tendință de lichefiere dintre impuritățile comune. Distribuția impurităților între fazele lichidă și solidă în timpul solidificării lingourilor reale este influențată de mișcarea convectivă a metalului, proprietățile de suprafață ale impurităților, influența reciprocă a impurităților asupra distribuției etc. Astfel, în prezența nichelului și a cromului, lichidarea impurităților este semnificativ redusă. Cu toate acestea, este încă imposibil să se cuantifice influența reciprocă a impurităților asupra dezvoltării eterogenității chimice într-un lingou de oțel.
În lingoul de oțel se disting eterogenitatea chimică dendritică (microsegregare) și eterogenitatea chimică zonală (macrosegregare). Din punct de vedere calitativ, segregarea dendritică a sulfului și a fosforului poate fi bine identificată prin amprentele de sulf de pe masa brută a lingourilor (fig. 86). Zonele cu un conținut mai ridicat de impurități sunt mai întunecate în Fig. 86. Cantitativ, eterogenitatea chimică este caracterizată de raportul
unde N și Nср — sunt conținutul elementului în acest punct și, respectiv, conținutul său mediu în lingou sau în proba de lingou.
În corpul unui lingou de oțel liniștit există de obicei două zone de segregare pozitivă și o zonă de segregare negativă (Fig. 87). Zona de segregare negativă coincide cu conul de depunere. Zona de segregare pozitivă este formată din lichide axiale în formă de V și lichide în formă de Λ în afara axei („mustăți”).
Această ultimă zonă este situată între zona de cristale columnare și zona centrală de cristale echiaxate. Conținutul maxim de impurități se găsește în partea lucrativă de sub învelișul de contracție, unde sunt concentrate ultimele porțiuni de metal contaminat.
Formarea mustăților este cel mai adesea asociată cu eliberarea de gaze sub formă de bule microscopice în timpul solidificării lingoului.
În acest caz, whiskerul este considerat o urmă lăsată de impuritățile care s-au desprins din bulă în timpul trecerii sale în volumul lichid al metalului. Datorită dimensiunilor mici ale bulelor, viteza lor de ascensiune este, de asemenea, mică, iar acestea sunt deviate de avansul frontului cristalin spre centru, ceea ce asigură înclinarea fiecărei mustăți.
Majoritatea metalurgiștilor atribuie formarea eterogenității axiale în formă de V contracției metalului. С. S. Steinberg credea că formarea friabilității și acumularea impurităților în zona axială este o continuare a chiuvetei de contracție. V. M. Tageev a sugerat că acumularea impurităților în zona luată în considerare este asociată cu redistribuirea lor locală în timpul mișcărilor de contracție a metalului lichid în condiții de alimentare împiedicată cu metal mai încălzit.
Zona de segregare negativă este asociată cu formarea unui con de depunere, când cristalele formate după încetarea creșterii dendritelor columnare la sfârșitul cristalizării alunecă în jos. Creșterea lentă a acestor cristale în condiții de dezvoltare a fluxurilor convective asigură un conținut scăzut de impurități lichidante în acestea. Datele obținute în condiții de producție și ca urmare a cercetărilor determină modalitățile de reducere a eterogenității chimice a lingourilor de oțel. Factorii care asigură o ședere mai îndelungată a metalului în căptușeală în stare lichidă vor contribui la dezvoltarea eterogenității zonale a lingoului. Astfel de factori sunt creșterea masei lingoului, creșterea temperaturii și accelerarea turnării oțelului.
Dezvoltarea segregării axiale în formă de V poate fi redusă prin creșterea conicității și a secțiunii transversale a lingoului, pe măsură ce alimentarea metalului în curs de solidificare este îmbunătățită. Pentru a reduce segregarea în afara axei în formă de Λ, este de dorit ca secțiunea transversală a lingoului să fie mai mică și ca proiectarea turnătorului să asigure o cristalizare succesivă suficient de rapidă de jos în sus a lingoului.
Introducerea centrelor artificiale de cristalizare în lingou intensifică solidificarea lingoului și reduce dezvoltarea eterogenității chimice.
