Материал: Хан Б.Х. Раскисление, дегазация и легирование стали

Для успешной борьбы с неметаллическими включениями не­ обходимо знать их свойства и температуру плавления.

В табл. 3 приведены значения температур плавления чистых окислов элементов, встречающихся в стали.

Чистые окислы всех элементов (за исключением железа) имеют температуру плавления выше температуры плавления

стали и должны присутствовать в жидком металле в твердом со­ стоянии.

Взаимодействуя между собой, простые окислы образуют

сложные соединения, температура плавления которых ниже тем­ пературы плавления жидкой стали. Эти соединения могут нахо­ диться в расплавленном металле в жидком состоянии. На рис. 5 приведена диаграмма состояния системы А12О3— SiO2— МпО.

1150°.

Удельный вес неметаллических включений меньше удельно­ го веса жидкой стали и колеблется в зависимости от состава включений в пределах 2,5—5 г]см?. Вследствие меньшего удель­ ного веса неметаллические включения стремятся всплыть из металла. Процесс всплывания включений зависит от темпера­ туры жидкой стали, размера и природы включений. Чем выше температура стали и чем больше размер включений, тем быстрее они всплывают из металла.

При выборе элементов-раскислителей, кроме раскисляющей способности элементов, необходимо учитывать строение и форму образующихся при этом продуктов раскисления; последние, ос­ таваясь в металле, оказывают существенное влияние на его

свойства.

Основная масса кислородных включений, встречающихся в

стали, представляет собой продукты раскисления. Изучение этих включений является одной из главных задач металлургов и поэтому приводятся сведения только об этих включениях. Ха­

рактеристики всевозможных типов экзогенных включений в этом разделе не приведены.

Изучение вида, характера и свойств включений лучше всего производить на полированных нетравленых шлифах литой стали под микроскопом. На рис. 6 представлены включения закиси.

ния. Включения закиси железа в расплавленной стали находят­

ся в жидком состоянии и поэтому в затвердевшем металле име­

ют вид глобулей. В светлом поле зрения включения закиси же­

леза имеют серую окраску. На рис. 7 показаны включения за­ киси марганца. Чистая закись марганца в жидкой стали нахо­ дится в твердом состоянии, поэтому в затвердевшем металле

включения получаются в виде кристаллов неправильной формы. Цвет включений темно-серый. Сложные включения, состоящие из закиси железа и закиси марганца, имеют переменный состав. С увеличением доли закиси марганца во включениях они стано­ вятся темнее, а форма их делается более неправильной, прибли­ жаясь к виду включений чистой закиси марганца. Включения, состоящие из закиси железа и закиси марганца, в светлом поле зрения показаны на рис. 8. Такие включения встречаются в ки­ пящей стали, которая не раскисляется кремнием и алюминием В спокойных сталях они не обнаруживаются.

На рис. 9 представлены включения железомарганцовистых силикатов. В первом случае силикат содержит мало закиси же­ леза и закиси марганца, имеет глобулярную форму и стекловид­ ное строение. Цвет включения темно-серый. В случае чистого кремнезема глобули стекла получаются почти светлыми с ха­

рактерным кольцевым отсветом. Во втором случае силикат со­ держит много закиси железа и закиси марганца, имеет непра­ вильную форму и кристаллическое строение. Силикаты железа

1 2

Рис. 9. Включения железомарганцовистых силикатов в литой стали ( X 500):

В металле они располагаются в .виде отдельных включений или образуют скопления.

Характерными для спокойных сталей являются включения глинозема, алюминатов и алюмосиликатов. Эти включения рас­ полагаются в металле обычно гроздьями, состоящими из кри­ сталлических частиц неправильней формы различного размера.

Частицы имеют цвет и различные оттенки в зависимости от со­ става. На рис. 10 показаны включения алюминатов в литом ме­ талле в светлом поле зрения. Подобную картину представляют собой включения глинозема и алюмосиликатов.

Окислы хрома и ванадия с другими окислами образуют скоп­ ления хромитов и ванадитов, которые состоят из кристалличе­ ских включений светло-серого цвета, имеющих правильную фор­ му квадратов, шестигранников и треугольников. Включения хромитов в литой стали показаны на рис. 11 (в -светлом поле

зрения). Такие включения характерны для высоколегированных хромистых сталей. В обычных конструкционных ■ сталях они

встречаются реже. Включения ванадитов встречаются в сталях,

легированных ванадием.

В жидкой стали включения находятся в беспрерывном дви­

жении и сталкиваются друг с другом. При этом твердые вклю­ чения алюминатов, хромитов, глинозема и алюмосиликатов мо­ гут слипаться с жидкими включениями силикатов, образуя сложные включения, представляющие собой конгломерат из включений различного типа. На рис. 12 показан пример такого включения.

В процессе горячей механической обработки неметалличе­ ские включения вытягиваются вдоль направления прокатки или ковки. Одни включения при этом пластически деформируются и

образуют нити, а другие раздробляются и образуют строчки из

обломков первоначальных включений. Некоторые включения со­ всем не изменяют свою форму и размеры. Сложные включения могут частично деформироваться, частично разрушаться, а ча­ стично оставаться без изменения в зависимости от соотношения составляющих, из которых образовались эти включения.

В табл. 4 приведены сведения о поведении включений при пла­ стической деформации металла.

Эти сведения могут быть приняты лишь как приближенные,

так как деформируемость включений зависит .не только' от их природы, но и от внешних условий, таких, как обжатие, темпе­ ратура прокатки, профиль изделия и др.

Окисные включения в катаной стали показаны на рис. 13.

ОКСИСУЛЬФИДНЫЕ ВКЛЮЧЕНИЯ В СТАЛИ

Сера, растворенная в металле, при кристаллизации реаги­ рует с железом и другими элементами, образуя с ними сульфи­ ды, выпадающие в виде отдельной фазы из раствора. Чем мень-