Вплив неметалевих включень на властивості стали

Вплив неметалевих включень на свойст стали

За останній час, особливо в XXI столітті, за рахунок накопичення знань істотно змінилися підходи до високонадійним конструкційних матеріалів. Серед факторів, в найбільшій мірі знижують термін експлуатації металовиробів, все більшого значення набувають оксидні неметалеві включення. Забрудненість ними готової металопродукції традиційно регламентують допомогою обмеження вмісту сірки і кисню в металі, і характеризують рівнем балльности і максимально допустимого розміру включень.

Неметалеві включення практично не впливають на "об'ємні" процеси пластичної деформації і зміцнення, але різноманітно виявляють себе в локальних процесах - в руйнуванні, а також у формуванні зерна і фазового складу стали.

Від неметалічних включень багато в чому залежать як технологічні (технологічна пластичність, разліваемость), так і механічні (ударна в'язкість) і експлуатаційні властивості (стійкість до корозії) стали.

Основним видом включень в сталі є оксиди. Сучасні вимоги до сталі різних типів за вмістом кисню і максимальним розміром оксидів наведені нижче в табл. 1.

Для глибокої витяжки

Для магістральних газо- і нафтопроводів

Для суднобудування, платформ бурових станцій, мостів

Для виготовлення дроту

Для корпусів атомних реакторів

Мал. 1. Вплив бала включень (а) і їх розміру (б) на ударну в'язкість трубної сталі (дослідження балльности проводили методом "Ш" по ГОСТ 1778; основна частка включень, що мають максимальний розмір, по ГОСТ 1778 відноситься до силікатів нешаткою)

При вмісті сірки в металі більше 0,01% може виникнути ефект красносломкості стали, обумовлений наявністю сульфіду заліза FeS. Евтектика Fe-FeS плавиться при 975 ° С. Відтісняє фронтом кристалізації легкоплавкий сульфід FeS, утворює рідкі плівки навколо дендритів. У твердне зливку на виході з кристалізатора перепад температури доходить до 400. 500 ° С, і від термічних напруг по плівкам йдуть кристалізаційні тріщини. Ці плівки плавляться і при нагріванні під прокатку, так що злиток при стисненні розвалюється - сталь горячеломкостью.

Для запобігання кристалізаційних тріщин і горячеломкости майже в усі стали вводять марганець: 0,25. 0,80% в рядовий вуглецевої сталі по ГОСТ 380. Мета позбутися евтектики, замінивши сульфід заліза на сульфід марганцю. У слябів безперервного розливання гарантією проти кристалізаційних тріщин вважають пропорцію [Mn]: [S]> 40. 50 і навіть [Mn]: [S]> 60. У тонкому сляби, витягує з великою швидкістю, поздовжні поверхневі тріщини запобігали лише при <0,008 % S. При дальнейшей переработке, при охлаждении слитка и при нагреве под прокатку, сульфид железа обогащается марганцем в твердом состоянии. Он полностью превращается в сульфид марганца за 1 час при 1100. 1200 °С, и тогда горячеломкость предотвращается, если в стали [Mn]:[S]> 25.

Сульфіди марганцю м'які, пластичні при 950. 1100 ° С, а при розмірі частинок менше 1 мкм вони не деформуються. Найбільш небезпечні сульфіди - дендрити, при прокатці вони витягуються в плоскі пучки ниток і навіть при холодній деформації подовжуються майже так само, як сам метал.