3.3.6. Неметалев1 включения, що мютяться в стал!

Неметалево включения (вкрапления) — це сполуки металов (залоза, мангану, силщш, алюмшою, церою тощо) з неметалами (аркою, киснем, азотом, фосфором, вуглецем), що знаходяться в стал1. Колькость немета левих включень, 1хнш склад, розм1ри 1 характер розмвдення в готовому виробо значно впливають, а шодо мають вирошальне значения на властиво сто стал1. Неметалево включения погоршують не лише механочно (мщшсть, пластичшсть), а й оншо властивосто сталг (магнотну проникность, електро- ПрОВОДНОСТЬ та ОН.), ОСКОЛЬКИ порушують суцольность металу й утворю ють порожнини, в яких концентруються напруження в метали

Неметалево включения подоляють на дво групи: включения, що утво- рюються у процесо реакцой металурпйноо переробки (ендогенно вклю­чения); включения, що механочого попадають у сталь (екзогенно включен­ия). Це частки забруднення, що були в шихто й не виведено у процесл плавления, частки шлаку, що залишилися в метало, та частки футеровко: агрегату, ковша, жолоба, що потрапили в метал.

Ендогенно включения безперервно утворюються под час плавления, розливання 1 кристалозацп зливка або водливання. Б1льша частина Ух встигае перейти у шлак, але деяка частина залишаеться. Включения за хомочним складом подоляють на сульфоди (РеЗ, МпЗ та он.), оксидп (РеО, МпО, ЗЮ₂, А1₂0₃ та ш.) 1 нотриди ( ТоИ, 2гЫ та он.). Кром того, онодо виокремлюють сульфоди 1 карбоди. Часто включения — це досить складно сполуки, зокрема силокати (пРеО • тоМпО • рЗЮ₂), алюмосилг кати (яМпО • иЗЮ₂ • рА1₂0₃), шпшело (Ре0А1₂0₃), оксисульфщи та он.

Ендогенно неметалево включения утворюються внаслщок взаемодп компонентов, розчинених у метало, або зниження ох розчинносто под час застигання стало. Цо включения легош за метал о намагаються спливтп. Швидкость спливання залежить вод розмору часточок, в'язкосто металу, амочусаносп включень металом 1 шлаком, перем1шування металу й шлаку. Що менип розм1ри включень (коливаються в межах 0,0001 — 1,0 мм), то вища поверхня контактування на меж1 подшу включения — Метал 1 бшыиий вплив сил змочування на швидюсть вщцлення цих шслючень. На швидк1еть збшьшення та спливання р1зних включень ,'шлчно впливають процеси Гх коагуляцп (злипання) I коалесценцн (зли- нанпя 31 зникненням поверхш подшу).

У багатьох випадках утворюються дуже др1бш включения, тому сили имочування на меж1 включения — метал змушують 1х рухатися разом и металом; шод1 включения, що досягли шлаку, ним не змочуються 1 не иереходять у шлак, а залишаються в метали Тому потр1бно застосовувати ■гаку технолопю плавки, за яко\' включения, що утворюються, погано змочуються металом 1 добре шлаком.

Досить несприятлив1 умови для видалення включень 13 металу ство- рююгься тод1, коли вони формуються у процес1 кристал1зацп стали 31 снижениям температури шдвищуеться в'язк1сть металу; зростаиия кри- с гал1в стали що застигае, перешкоджае пщшманню включень, унаслщок чого частина 1'х залишаеться в метали

3.3.7. Розкиснення 1 легування стал1

Розкиснениям називають технолопчну операщю, за яко\' кисень, роз- чипений у метал!, переводиться у сполуку, що не розчиняеться або вщц- лис.ться з металу. Для розкиснення стал1 використовують таю способи: глпбинний (уведення в метал елемента-розкисника мангану, сшпцш, плк)М1ШЮ тощо); дифузшний (уведення в шлак сум1шей, до складу яких иходять сильш вщновники — вуглець, СИЛ1Ц1Й, алюмшш); оброблення металу синтетичними шлаками (введения в метал шлаку, що складаеть- гн з СаО 1 А1₂0₃) та оброблення вакуумом.

Нлементи-розкисники вводять 13 феросилавами (фероманганом, фе- ропшщем, силжоманганом, силшокальщем тощо), комплексними спла- иами ЛМС (А1 + Мп + §0, КМК (51 + Мп + Са) \ сплавами рщюсно- .н'мельних метал1в або техшчно чистим металом (алюмШем).

.Загалом розкиснення вщбуваеться за реакщею

п [Ме] + т [О] = (Ме_пО_т). (3.36)

,Чг1дно з виразом для константи р1вноваги реакцп (3.36), залишко- МПII НМ1СТ кисню в стал1

[О] = (вме_пО_т / ^КМе-О^а[Ме}(о) ■ (3.37)

1'озкиснювальш влаетивост1 елемента визначаються насамперед йо- ш константою р1вноваги, що залежить вщ температури. Осшльки ре- )• к11.1 V розкиснення екзотерм1чш, зниження температури сприяе зб1льшен- ню К_Ме_₀ та зменшенню вм1сту залишкового кисню. Це призводить до того, що у м1ру зниження температури стал1, тобто шд час и кри стал1заци, реакцп розкиснення продовжуються й утворюються все нов1 оксиди, як1 не встигають спливати та вид1лятися з металу.

Шд час вибору елемента-розкисника потр1бно, щоб оксиди, яю утво­рюються у процеа розкиснення металу, погано змочувалися металом О в1дпов1дно добре В1Д нього вщокремлювалися) 1 добре — шлаком (I в1дпов1дно добре ним асоцдавалися). 1нод1 прагнуть до того, щоб вклю чення, як1 утворюються, мали невелику температуру плавления 1 були здатш до коагуляцп та коалесценцп один з одним 1, як наслщок, - швидко спливали.

Найслабшшим розкисником, що не сприяе зниженню вм1сту кисню до дуже низьких меж, е манган; сшнцш — сильшший розкисник; уве- дення алюмшда або кальщю, церт та шших елемент1в забезпечуе май- же повне зв'язування кисню, розчиненого в металл

Розкиснення сум1шипо елеменлв-розкисниюв (коплексш фероспла- ви) знижуе вм1ст залишкового кисню внаслщок зменшення активност1 кожного з них у продуктах розкиснення згщно з (3.37).

Шд час дифузшного розкиснення оксиди феруму шлаку взаемо- д1ють з вщновниками (розкисниками) за реакщями (3.13) 1 реак-

Ц1ЯМИ

2 (РеО) + [51] = (ЗЮ₂) + 2 [Ее]; З(РеО) + 2[А1] = (А1₂0₃) + 3[Ре]. (3.38)

При цьому концентрация й активность оксидов феруму шлаку зни- жуються, а це, у свою чергу, зменшуе концентрацш й актившсть кисню в метал1, осюльки сшввщношення ^й(р_ео)/^й[о] ^{для певн01} температу­ри — величина стала.

За дифузшного розкиснення продукта розкиснення не залишаються у метал1, 1 вш мютить менше неметалевих включень. Однак цей споаб розкиснення мае багато недолМв, головш з яких такк швщцасть дифу- 311 кисню у спокойному метал1 низька, процес видшення кисню в1дбува- еться пов1льно, тривал1сть плавки зростае, що зумовлюе зношення фу- тер1вки тощо. Присутшсть окисно1 атмосфери призводить до значного вигару розкисниюв. Тому цей споаб розкиснення використовують в агрегатах, де е техшчна можливють уникнути окисноТ атмосфери, на приклад шд час виплавляння стал1 в невеликих дугових печах за щшыю закритих в1кон.

Розкиснення металу обробленням шлаком — це р1зновид дифузш- иого розкиснення, який проводять у ковцп або в спещальному агрегат:. Якщо шд час випускання з печ1 в к1вш метал зм1шуеться 31 шлаком, що не М1стить оксид1в феруму, то вщбуваетъся дифуз1я кисню з металу н

Шлак. Зм1шування металу 31 шлаком можна досягти й шшими способа­ми, наприклад продувкою шертними газами.

Шлаки, виготовлеш в окремш плавильной установщ, називають «син- Твтичними». Вони повинш мати низьку температуру плавления, неве- ЛИку варткть, погано змочуватися металом, для того щоб теля змшху- ййппя добре вщокремлюватися вщ нього. Витрати на виробництво шлашв ОКуповуються завдяки пщвищенню якост1 сталь

У процес1 оброблення вакуумом у метал1 вщбуваеться реакщя (3.14). Зниження тиску приводить до зниження рСО, внаслщок чого зростае рошсиснювальна здатшеть вуглецю. Це зумовлюе зниження вмюту кисню О метал1, а також деяке зниження вмюту вуглецю 1 неметалевих вклю- Чень. При цьому одночасно з руйнуванням оксидних включень видшя- Ються розчинеш в них азот та особливо водень.

Легування сталг — процес уведення до складу сталг легуючих еле- МСЧ1Т1В для отримання потробних ф13ико-х!м1чних або мехашчних вла- стивостей. Операщю легування часто проводять разом з розкисненням (особливо якщо метал легують манганом, сил1щем або алюм1шем).

3 погляду впливу на властивосп стал1 легуюч1 елементи подыяють на дв1 групи:

1. легуюч1 елементи, що розширюють у-область твердих розчишв, — це шкель, манган, кобальт (елементи, що мають необмежену розчиншеть у зал1з0, а також вуглець, азот, мщь (елементи, що утворюють сплави, в яких гомогенна область безперервного ряду твердих розчишв обме- жуеться гетерогенного внаслщок виникнення нових фаз);

2. легуюч! елементи, що звужують у-область, — це берилш, алюм1- IIIй, силщш, фосфор, титан, ванадш, хром, мол1бден, вольфрам, як1 утворюють 13 зал1зом сплави з иовшетю замкненою у-областю, а та­кож шобш, тантал, цирконш, церш, як1 утворюють сплави 31 звуженою у-областю.

Залежно вщ ступеня спорщненост1 до кисню легуюч1 елементи та­кож подшяють на дв1 групи:

1. легуюч1 елементи, спорщненють до кисню яких менша, шж у за- ,/[|.1а (шкель, кобальт, молибден, мщь). Зазвичай щ елементи вводять у метал на початку плавки разом 13 шихтою, осюльки в умовах плавки 1 розливання вони майже не окиснюються;

2. легуюч1 елементи, спорщненють до кисню яких б1льша, шж у ;1а.)пза (силщш, манган, алюмшш, хром, ванадш, титан тощо). Зокрема, ц! елементи для зменшення угару вводять у метал пюля розкиснення або |йд час розкиснення наприкшщ плавки (часто у ювш або безпосе­редньо у виливницю чи кристал1затор).

До окремо1 групи належать легуюч1 елементи, введения яких у ме- К1Л поп'язано з певною небезпекою для здоров'я пращвниюв, зокрема ппри цих метал1в або 1хшх сполук (с1рка, свинець, селен, телур). Щ |'/|гм(чпи вводять у метал безпосередньо у процеш розливання стал1 з имиптим необхщних заход1в безпеки.