ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Общая характеристика неметаллических включений из "Металлургия стали " Источниками образования неметаллических включений в стали являются огнеупоры и шлаки, с которыми жидкий металл соприкасается во время плавки и разливки. Если химически чистое железо расплавить в огнеупорном тигле, состоящем, например, из ЗЮз, то, согласно основной закономерности поведения элементов (см. разд. I, гл. 2), в жидком железе произойдет растворение кремнезема, сопровождающееся реакцией 8Ю2(Т) = = [51]+2[0]. Такой раствор если даже не является насыщенным по отношению к жидкому состоянию, но по отношению к твердому состоянию представляет пересыщенный раствор. То же можно сказать о шлаке, любой компонент которого растворяется в жидком металле и принимает участие в образовании неметаллических включений. Это было показано экспериментально японскими исследователями, которые изучали состав неметаллических включений в нераскисленной стали микро-рентгеноспектральным методом. Они установили, что состав неметаллических включений в нераскислениом металле практически не отличается от состава шлака, под которым плавилась сталь. [c.276] в любой твердой стали неизбежно содержание различных неметаллических включений, которые ухудшают ее свойства. [c.276] Экзогенными (внешнего происхождения) называют включения, состоящие из огнеупорных материалов и шлака, механически увлекаемые потоком жидкого металла во время выпуска и разливки и фиксируемые в затвердевшей стали. Наиболее опасными являются мелкие частицы огнеупоров, увлекаемые потоком жидкого металла, так как крупные частицы легко всплывают. Однако возможно фиксирование в объеме слитка- и крупных экзогенных включений, если они попадают непосредственно в изложницу, например в результате размывания футеровки прибыльной части слитка (при разливке сверху) и сифонных проводок, скола стакана и т. д. [c.277] При нормальном проведении процессов выпуска и разливки сталь экзогенными включениями поражается незначительно — их доля от общего количества включений не превышает 5—10%. Это убедительно показано многочисленными исследованиями при использовании различных радиоактивных изотопов ( меченых атомов). [c.277] Эндогенными (внутреннего происхождения) называют включения, образующиеся в результате протекания различных физико-химических процессов в самом металле во время его раскисления, кристаллизации и охлаждения в жидком и твердом состояниях. Основное количество эндогенных включений является продуктами реакций взаимодействия кислорода, серы и азота с другими компонентами стали. В отдельных случаях необходимо считаться и с продуктами взаимодействия фосфора и углерода. [c.277] Экзоэндогенными называют включения, когда эндогенные включения выделяются на экзогенных, например на неметаллических, включениях, содержащихся в ферросплавах. Большинство включений, фиксирующихся в твердой стали, является экзогенными. [c.277] Первичные эндогенные включения образуются в момент раскисления, когда резко изменяется состав стали и создаются благоприятные условия для протекания химических реакций, порождающих неметаллические включения. [c.278] Вторичные включения выделяются во время охлаждения жидкого металла от температуры раскисления до температуры кристаллизации. Это выделение включений связано с тем, что все реакции раскисления являются экзотермическими и они при снижении температуры смещаются в сторону образования различных соединений, плохо растворимых в металле. Кроме того, при снижении температуры уменьшается растворимость продуктов реакции в жидкой стали. [c.278] Третичные включения возникают при кристаллизации стали, когда резко снижается растворимость в металле как кислорода, серы и других вредных примесей, так и продуктов их реакции с другими компонентами стали. [c.278] Четвертичные включения выделяются во время охлаждения затвердевшей стали в результате снижения растворимости различных химических соединений при фазовых превращениях железа. [c.278] Некоторые авторы считают достаточным по времени образования неметаллические включения делить на три группы первичные — выделяющиеся в жидком металле при раскислении и охлаждении до температуры кристаллизации вторичные — выделяющиеся во время кристаллизации третичные — выделяющиеся при охлаждении твердого металла. С методической точки зрения это деление менее удачное, чем первое. [c.278] В стали всегда преобладают микроскопические включения, так как макроскопические включения относительно легко удаляются из жидкого металла, а для их образования в твердом металле условий практически нет. [c.281] Включения, расположенные по границам зерен в виде тонких пленок, являются самыми опасными, так как они обычно в наибольшей степени снижают свойства стали. Они образуются в основном при кристаллизации металла, если выделяющиеся из него включения имеют температуру плавления ниже температуры затвердевания металла (образуют жидкую фазу) и хорошо смачивают металл. Такими свойствами обладают оксиды и сульфиды железа, особенно их расплавы (смеси). Поэтому недостаточно раскисленная сталь с высоким содержанием серы обладает малой прочностью, особенно при высоких температурах (красноломкостью), когда включения размягчаются или даже расплавляются, вызывая ослабление межзеренных связей. [c.281] Для исключения образования включений, расположенных по границам зерен в виде тонких пленок, необходимо, во-первых, обеспечить возможно низкое содержание серы и кислорода в металле перед раскислением во-вторых, для раскисления — легирования использовать такие элементы и в таком количестве, чтобы предотвратить образование включений в виде оксидов-сульфидов железа. [c.281] Включения округлой формы, если даже имеют относительно крупные размеры, приносят небольшой вред, а в отдельных случаях могут оказаться даже полезными. Например, такие включения могут служить местом прекращения разрушения изделия, начавшегося на близлежащем участке. [c.282] Включения округлой формы образуются тогда, когда они имеют температуру плавления ниже температуры затвердевания металла и не смачивают или плохо смачивают твердое железо. Такими свойствами обладают в основном силикаты. Вот почему кислая мартеновская сталь, неметаллические включения в которой в основном представляют силикаты округлой формы, обладают высокими механическими свойствами, особенно малой анизотропностью этих свойств. [c.282] Включения, расположенные равномерно по всему объему металла и представляющие субмикроскопические частицы, приносят наименьший вред, а в ряде случаев являются очень полезными. Например, при производстве термоупрочняемой стали необходимо обеспечить получение мелкого первичного (аустенитного) зерна. Это возможно тогда, когда в жидкой стали перед кристаллизацией содержится большое число мелких и расположенных равномерно по объему неметаллических включений, которые могут служить центром возникновения отдельных кристаллов металла. Как показали исследования последних лет, наилучшие результаты измельчения первичного зерна и термоупрочнения достигаются в том случае, если центрами кристаллизации являются нитриды и карбонитриды. Поэтому существует значительная группа термоупрочняемых сталей, содержание азота в которых специально повышают до 0,015—0,03% и более. [c.282] Как видим, неметаллические включения не всегда оказывают отрицательное влияние на свойства стали. Однако они играют полезную роль лишь при выделении в виде мелкодисперсной фазы, расположенной равномерно по всему объему металл. Для этого не требуется большого содержания по массе включений в стали. [c.282] Вернуться к основной статье