Неметаллические включения в стали.

К неметаллическим включениям относятся химические соединения, образовавшиеся в стали в процессе ее производства.

Все неметаллические включения делят на два вида:

1. Эндогенные – соединения, образовавшиеся в стали в результате химических реакций, протекающих в процессе ее выплавки, раскисления и заливки, и вследствие изменения растворимости примесей в процессе кристаллизации слитка.

2. Экзогенные - частицы различных соединений, попавшие в жидкую сталь извне, т.е. из шихтовых материалов, огнеупорной футеровки и т.д.

Включения могут взаимодействовать между собой, образуя комплексные соединения. Поэтому классификация неметаллических включений по составу условна.

Неметаллические составы делят на кислородные (оксиды и силикаты), сульфиды и нитриды.

Кислородные включения в основном являются продуктами раскисления сталей. Они делятся на:

1. Простые оксиды: Al₂O₃ – оксид алюминия (корунд, глинозем); SiO₂ – диоксид кремния (кварц, кремнезем); FeO, Fe₂O₃ – оксиды железа и т.д.

2. Сложные оксиды (шпинели): FeO^.MnO – оксид железа и марганца; FeO^.Cr₂O₃ – хромиты; FeO^.V₂O₅ – ванадиты и др.

3. Силикаты и алюмосиликаты (кристаллические): 2FeO^.SiO₂ – силикат железа (файялит); 2MnO^.SiO₂ – силикат марганца (тефроит) и т.д.

4. Стекла: не имеют кристаллического строения. Наиболее часто встречаются кварцевое стекло, силикатные стекла с примесью оксидов.

Сульфидные включения образуются при затвердевании стали из-за снижения растворимости серы при понижении температуры.

В сталях в основном содержатся сульфиды железа и марганца FeS и MnS.

Нитриды относят к неметаллическим включениям в том случае, когда они являются продуктом соединения остаточного азота в стали с нитридообразующими элементами, попавшими в сталь случайно. Если нитридообразующие элементы вводят в сталь специально для придания стали специальных свойств, то их рассматривают как промежуточные соединения.

Твердорастворное легирование сталей.

Растворение легирующих элементов в железе может происходить по типу замещения и внедрения.

По растворимости легирующих элементов в железе твердые растворы подразделяются на непрерывные, ограниченные с широкой областью гомогенности (в железе растворяется более 2% элемента), ограниченные с узкой областью гомогенности (в железе растворяется от 0,2 до 2% элемента), с незначительной растворимостью.

Закономерности образования твердых растворов замещения.

Непрерывные твердые растворы могут образовываться в соответствии с условиями Юм-Розери:

- одинаковый тип решетки;

- близость атомных радиусов («размерный фактор» - разница атомных радиусов не должна превышать 8%);

- близость расположения элементов в периодической системе (сходная электронная структура.

Железо имеет две модификации, и условия образования твердых растворов на базе этих модификаций различаются.

Ni, Co и Mn образуют непрерывные твердые растворы на основе -железа, а Cr и V – на основе железа. Ограниченные твердые растворы с широкой областью гомогенности образуют эти же элементы с неизоморфными модификациями железа (т.е. с другой решеткой).

W и Mo образуют с обеими модификациями железа ограниченные твердые растворы с широкой областью гомогенности.