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

38 Раскисление стали

следователыного травления их различными реак’.ивами при комнатной температуре или при нагревании (тепловое травле­ ние).

Шлифы для исследования должны изготавливаться тщатель­ но во избежание выкрашивания включений из плоскости шли­ фа. Полированная поверхность шлифа не должна иметь рисок, загрязнений и других следов шлифовки.

Определение включений начинают с рассмотрения всей по­ верхности шлифа при увеличении в 100—150 раз и нахождения мест с характерными типами неметаллических . включений.

После тщательного просмотра шлифа переходят к изучению встретившихся видов включений при увеличении в 400—500 раз. В случае необходимости, включения рассматривают при боль­ шом увеличении с иммерсионным объективом.

Металлографический метод исследования позволяет быстро определить форму, размеры и распределение включений без вы­ деления их из металла, т. е. в естественном виде. Этим методом можно определить количество включений с распределением их по типам. При большом увеличении можно обнаружить мель­ чайшие включения, которые могут остаться незамеченными при других методах исследования. Металлографический метод ме­ нее сложен и требует меньше времени, чем другие, и поэтому удобен в производственных условиях для массового контроля качества металла.

Существует несколько упрощенных методов количественного определения включений металлографическим способом, которые сводятся в одном случае к подсчету включений на нетравленом шлифе в определенном количестве полей зрения микроскопа, а

в другом—к сравнению загрязненности шлифа включениями с

эталонными шкалами.

Сущность метода подсчета заключается в том, что на опре­ деленной площади нетравленого шлифа при стократном увели­

чении микроскопа подсчитывают общее количество включений и определяют их размеры. В зависимости от размера поперечного сечения включений их относят к различным группам, подсчи­ тывают общую площадь включений и, принимая, что все вклю­ чения распределены в металле равномерно, находят процентное содержание включений. Отношение удельного веса стали к сред­ нему удельному весу включений принимают равным 3. По этому

методу определяют общее содержание включений без деления их на отдельные виды. Для получения достаточной для практи­ ки точности необходимо производить определение не менее чем

в двадцати точках площади каждого шлифа на 10—12 образцах от плавки.

Сущность метода количественного определения включений по эталонным шкалам заключается в том, что загрязненность каж-

до го места всей площади шлифа, охватываемой полем зрения

микроскопа, сравнивают с эталонами стандартной шкалы, со­ ставленной из разных видов включений, и выражают в баллах этой шкалы. Для определения загрязненности -стали этим мето­

дом -существуют три способа: 1) способ -максимального балла, 2) способ оценки всей площади шлифа по точкам, охватывае­ мым полем зрения микроскопа, 3) способ 'Среднего балла.

Способ максимального балла заключается в том, что на шлифе отыскивают наиболее загрязненное каждым ви­ дом включений место, охв-атываемое одним полем зрения микро­ скопа, и оценивают е-го в баллах шкалы. По шкале ГОСТ 801—47 для шарикоподшипниковой стали оценивается балл по трем ви­ дам включений: оксидам, обозначаемым индексом О, сульфидам и пластичным силикатам, обозначаемым индексом S и глобуляр­ ным включениям, обозначаемых индексом D. Для других кон­ струкционных сталей оценку загрязненности производят по шкале ГОСТ 1778—42. На практике при пользовании этими шкалами те включения, которые имеют вид строчек и раздроби­

лись в процессе пластической обработки металла, относят к оксидам, а те, которые имеют вид черточек и деформировались при обработке металла давлением, — к -сульфидам. Поэтому ;в группу сульфидов попадают пластичные силикаты, загрязнен­ ность стали которыми связана с режимом раскисления стали, а не с содержанием серы.

При этом способе оценкой загрязненности стали является наличие или отсутствие -на просмотренных шлифах включений,

оцениваемых баллом, условно допустимым по каждому виду включений в отдельности; никаких численных (весовых) харак­ теристик загрязненности металла не дается.

Метод оценки всей площади шлифа по точкам, охватываемым по л е м зр ей и я м и кр ос-к оп а заклю­ чается в том, что всю площадь шлифа последовательно просмат­ ривают по точкам и каждую точку оценивают в баллах эта­ лонной шкалы. Обычно просматривают не менее 10 шлифов с 5000 полями зрения. О загрязненности металла этим способом судят по процентному содержанию каждого встретившегося

балла во всех просмотренных полях зрения. Этот метод дает более полное представление о загрязненности металла включе­ ниями, чем предыдущий, но он длителен и требует тщательного выполнения, а поэтому -не применим для массового контроля в заводских условиях.

По методу ср ед него балла оценка загрязненности об­ разца производится путем сравнения наиболее загрязненного

поля зрения шлифа со стандартной шкалой при увеличении в

100 -раз. Эталонная шкала, разработанная в ЦНЙИЧМ, преду­ сматривает определение балла трех типов -включений: хрупких,

40 Раскисление стали

пластичных и недеформирующихся глобулярных [14]. К крупким

включениям относятся глинозем и хрупкие силикаты, к пластич­

ным — сульфиды и деформирующиеся силикаты, к недеформи- рующимся—некоторые типы легкоплавких силикатов. При со­ ставлении шкалы принято во внимание различное влияние включений на качество стали. Первому баллу соответствуют ок­

5-10~4 леи2. При переходе от балла к баллу площадь включений удваивается. Наибольшую загрязненность включениями оцени­ вают пятым баллом.

Для оценки загрязненности стали определяют средний балл как среднее арифметическое из оценок каждого образца для каждого типа включений. Если загрязненность какого-либо

шлифа не может быть оценена одним из двух соседних баллов,

то ее оценивают промежуточным баллом с округлением до 0,5. При оценке загрязненности методом среднего балла необхо­ димо в каждом отдельном случае оговаривать допустимое ко­ личество образцов с максимальным баллом, которые являются браковочным признаком для данного вида изделий. Точность определения по методу среднего балла повышается с увеличени­ ем количества образцов. Во всех случаях контроль качества ме­ талла производят на продольных шлифах площадью около

400 мм2.

Все методы количественного определения неметаллических включений металлографическим способом являются приближен­

ными. На практике часто получается несоответствие между оцен­ кой загрязненности стали, выполненной этими методами, и ее действительным качеством.

Методика определения загрязненности стали включениями на различных заводах различна. Это вызывает затруднения при оценке качества сталей одних и тех же марок, выплавленных различными заводами. Бывают случаи, когда разные организа­

ции, определяя загрязненность неметаллическими включениями

одной и той же стали, одним и тем же методом, получают раз­ личные результаты. Поэтому необходимо усовершенствование

существующих и разработка новых способов определения неме­ таллических включений металлографическим методом.

ВЛИЯНИЕ КИСЛОРОДА И НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ВКЛЮЧЕНИЙ НА СВОЙСТВА И КАЧЕСТВО СТАЛИ

Содержание кислорода в стали колеблется в широких преде­ лах. В спокойной стали, раскисленной кремнием и алюминием, содержание растворенного кислорода не превышает 0,01%. В кипящей стали содержание кислорода достигает 0,05—0,07%.

плавких оксисульфидных включений вызывает красноломкость стали при температурах ковки и прокатки. Поковки и заготовки

получаются при этом с большим количеством трещин и рванин. Расходные коэффициенты металла на единицу годной продук­ ции увеличиваются.

Повышение красноломкости металла наблюдается с возрас­

танием содержания серы, которая подобно кислороду, образует с железом легкоплавкие соединения: сульфид железа и эвтек­

тику Fe — FeS. При температурах ковки или прокатки эти вклю­ чения находятся в полужидком состоянии .и по местам их скоп­ лений происходит разрыв оплошности металла. С увеличением содержания кислорода и окислов железа уменьшается глубина вытяжки готовых листов из .малоуглеродистой спокойной и ки­

пящей сталей при штамповке.

Повышенное содержание кислорода в виде закиси железа или оксидов приводит к преждевременному старению стали. Уже через 2—3 месяца стареющая сталь заметно теряет пла­

стические свойства и приобретает повышенную твердость.

При увеличении содержания неметаллических включений в спокойных сталях уменьшается ударная вязкость и понижается (в среднем, на 10% на каждый балл условной шкалы неметал­ лических включений) величина сужения поперечных образцов.

Характер включений имеет не меньшее значение, чем их об­ щее количество. Увеличение доли вытянутых и цепочкообраз-

ных включений даже при одинаковом общем количестве вклю­

чений в стали понижает ее пластические свойства как в горячем состоянии, так и при комнатной температуре.

При металлографическом исследовании природы возникно­ вение трещин в процессах ковки и прокатки установлено, что в основании многих трещин, выходящих на поверхность изделий, располагаются цепочки неметаллических включений. В других случаях трещины проходят вблизи включений. Это указывает на то, что скопления неметаллических включений могут явиться непосредственной причиной возникновения трещин и рванин. Такое явление наблюдается как в спокойных, так и кипящих сталях при производстве сортового проката.

При производстве листов из кипящей и спокойной сталей ча­ сто встречаются с явлением расслоения металла. Расслой листа низкоуглеродистой кипящей и спокойной стали вызывается скоплением экзогенных неметаллических включений силикатно­ го типа, прослойки которых при травлении листов насыщаются водородам. Опыт завода «Красный Октябрь» показывает, что брак по расслою уменьшается при переходе с сифонной разлив­

ки на разливку сверху [15].

Своеобразным видом расслоя стали являются внутренние-