Неметалеві включення в стали

Досить часто експлуатаційні властивості стали визначаються ступенем відмінності фізичних властивостей неметалічних включень (твердість, міцність, коефіцієнт термічного розширення) з металевою матрицею. Істотне значення має і те, що сталь є гетерогенний матеріал, компоненти якого в формі оксидів, сульфідів, нітридів і т.п. входять до складу складних, а часто і багатофазних неметалічних включень.

Неметалеві включення по деформируемости ділять на три класи: деформуються глобули (наприклад, SiO2); недеформіруемие оксиди, дробящиеся в рядки (корунд А12 О3), алюмінати кальцію СаО - Al2 O3; шпінелі МnО - Аl2 О3; пластичні сульфіди і силікати.

Силікати (SiO2 xCaO, SiO2 xFeO, SiO2 xMnO) при низьких температурах тендітні, при високих - пластичні. Температура їх розм'якшення залежить від складу: знижується з ростом вмісту в них марганцю і зростає - зі збільшенням концентрації заліза або кальцію. Інтервал температур, в якому змінюється їх деформованість, лежить в області гарячої прокатки. Тому від незначних на перший погляд особливостей ведення плавки і розкислення залежить, чи будуть деформуватися силікати при прокатці даної плавки чи ні.

Найбільш небезпечними з точки зору руйнування металу є тверді і гострокутні включення зерен корунду. Небезпечні також великі включення: рядки алюмінатів і алюмосилікати розміром від 100 до 300 мкм. Від виникнення рядків алюмінатів можна захиститися вакуумним раскислением або заміною раскислителя.

В останні роки в металургії все частіше застосовують різні мікролегулірующіе елементи і їх комбінації - в тому числі лужноземельні (кальцій, барій, стронцій), рідкоземельні (ітрій, неодим, празеодим) і ряд нітрідообразующіх елементів (ванадій, титан. Цирконій і ін.).

Дані елементи застосовуються з метою зниження розчинності шкідливих домішок (кисню, сірки, азоту і т.д.) в готової стали, а також вдосконалення природи неметалевих включень.

В даний час для розкислення стали найбільш широко використовують алюміній. При високих залишкових концентраціях алюмінію хімічний склад оксидних включень у сталі наближається до чистого глинозему, що часто є небажаним як з точки зору технологічних, так і споживчих властивостей металу. Тому під час позапічної обробки, як правило, проводять технологічні заходи, спрямовані на зміну природи неметалевих включень.

Модифікування неметалевих включень в раскисленной алюмінієм стали здійснюється кальцієвої обробкою розплаву. Кальцій розчиняється в оброблюваному металі і, володіючи високою хімічною активністю по відношенню до кисню, частково заміщає алюміній в складі оксидних включень. При досить високій концентрації розчиненого кальцію оксидні неметалеві включення в стали представлені, головним чином, алюминатами кальцію різного складу.

Вельми перспективним для зниження кількості оксидів в стали представляється її вакуумирование в неокислених стані, щоб використовувати реакцію окислення вуглецю для зниження вмісту водню, азоту і кисню. Широко відомо, що сталь, розкислення вуглецем під вакуумом, менше забруднена оксидними включеннями, ніж сталь, яка до вакуумної обробки була раскислена кремнієм. У цій же стали менше виражені мікро- і макролікваціонние процеси.

Дійсно, меншою забрудненості стали оксидними включеннями при її раскислении вуглецем під вакуумом, сприяє те, що видалення кисню за рахунок взаємодії з вуглецем дозволяє уникнути утворення деякої кількості включень при подальшому раскислении феросплавами. Тому при введенні кремнію в сталь після вакуумуглеродного розкислення первинні ендогенні включення, як правило, не утворюються. Такий спосіб обробки дозволяє виробляти сталь, вільну від великих оксидних включень і їх локальних скупчень.

Сталь, розкислення вуглецем під вакуумом, має більш високі механічні властивості при їх меншій розкид на поздовжніх і поперечних зразках. Встановлено також, що в стали, раскисленной вуглецем під вакуумом, сульфіди мають сприятливе будову.

Таким чином, розвиток технології розливання сталі на МБЛЗ зумовило підвищення вимог до якості стали.

Процеси рафінування сталі в ковші. розроблені за останні десятиліття, доповнили сталеплавильне виробництво новими можливостями і розширили діапазон марочного складу стали, який можна отримувати в умовах сучасних сталеплавильних цехів. Як правило, найкращі результати досягаються в разі застосування агрегатів для комплексної позапічної обробки сталі типу «ківш-піч», в яких крім процесів рафінування сталі забезпечується її доведення за хімічним складом і температурі.