книги из ГПНТБ / Хан Б.Х. Раскисление, дегазация и легирование стали

1873

откуда

рн

__50.

рН2О

Г

Такое соотношение концентраций водорода и водяного пара, получается в пузырьках, зарождающихся в жидком железе, раскисленном кремнием и алюминием; фактически пузырьки бу­ дут состоять почти из чистого водорода. При высоком содержа­

нии кислорода в жидкой стали во время кристаллизации раст­ воримость водорода резко уменьшается и он выделяется из ме­ талла. В готовых слитках и прокате в этом случае обнаружи­ вается газовая пористость.

9*

Влияние концентрации различных элементов на активность ком­ понентов в трехкомпонентных растворах железа показано на рис. 4 [8]. Из этих данных следует, что кремний, углерод, алю­ миний повышают активность серы, растворенной в железе, т. е.

способствуют обессериванию стали. Поэтому обессеривание в ковше трансформаторной стали с 4% Si синтетической смесью из соды, извести и плавикового шпата происходит успешно, в

Рис. 4. Влияние концентрации элемента X на активность компонента У(а*) в тройных системах с железной ос­ новой

то время как в стали с обычной концентрацией кремния пони­ зить содержание серы подобным методом не удается. По той же

причине легко осуществляется обессеривание чугуна обработкой его каустической содой или известью. Хорошо известно графи­

тизирующее действие кремния, который повышает активность углерода, вытесняя его из раствора.

Термодинамические уравнения равновесия реакций раскис­ ления устанавливают количественную зависимость между че­ тырьмя величинами: содержанием растворенного в жидкой ста­ ли кислорода, содержанием в стали данного химического эле­ мента, активностью окисла этого элемента в продуктах раскис­

ления металла, находящихся в равновесии с жидкой сталью, и температурой жидкой стали.

22 Раскисление стали

Термодинамика дает довольно точные сведения о количест­

ве остающегося в стали после раскисления растворенного кис­ лорода и, следовательно, о количестве неметаллических включе­ ний, выделяющихся в момент затвердевания стали. Термодина­ мика дает также достаточные сведения о химическом составе

неметаллических включений, выделяющихся из стали, когда она

находится в сталеразливочном ковше и когда затвердевает в изложницах. Однако термодинамика ничего не может сказать о скорости протекания реакции, например, о скорости всплывания из стали шлаковых включений, о количестве включений, застряв­ ших в виде суспензии в жидкой стали.

Термодинамика дает возможность глубже, яснее и правиль­ нее понять процесс раскисления стали.

Наиболее важные термодинамические уравнения сталепла­ вильных процессов приведены в табл. 2.

КИСЛОРОДНЫЕ ВКЛЮЧЕНИЯ В СТАЛИ

В готовой стали кислород присутствует в виде твердых вклю­ чений, представляющих собой простые и сложные окислы, сили­ каты или алюмосиликаты элементов, присаженных в металл для раскисления или легирования. По своему происхождению кис­

лородные включения разделяются на следующие типы:

1.Продукты реакций раскисления и легирования, образо­ вавшиеся в жидком металле и не успевшие удалиться при ох­

лаждении и кристаллизации слитков или отливок. Включения этого типа составляют основную массу всех включений и харак­

терны для отдельных сортов стали и способа выплавки.

2.Продукты разрушения огнеупорных материалов, попадаю­ щие в жидкую сталь вследствие их размывания и ошлакования.

Главными видами этого типа включений являются глинозем

икремнезем, а также соединения глинозема и кремнезема с окислами элементов, растворенных в стали.

3.Окислы элементов и их соединения, образующиеся в ре­

зультате взаимодействия жидкой стали с атмосферой во время выпуска и разливки.

4.Окислы, вносимые ферросплавами.

5.Частички печного шлака, запутавшиеся в жидком ме­

талле.

Включения первого типа зарождаются внутри самого метал­ ла в результате процессов, происходящих при выплавке и раз­

ливке, и поэтому их называют эндогенными. Включения прочих типов называют экзогенными, так как они попадают в металл извне. В жидкой стали различные типы включений могут реаги­

ровать между собой, образуя сложные включения как по про­

исхождению, так и по своему составу.

Для успешной борьбы с неметаллическими включениями не­ обходимо знать их свойства и температуру плавления.

В табл. 3 приведены значения температур плавления чистых окислов элементов, встречающихся в стали.

Чистые окислы всех элементов (за исключением железа) имеют температуру плавления выше температуры плавления

стали и должны присутствовать в жидком металле в твердом со­ стоянии.

Взаимодействуя между собой, простые окислы образуют

сложные соединения, температура плавления которых ниже тем­ пературы плавления жидкой стали. Эти соединения могут нахо­ диться в расплавленном металле в жидком состоянии. На рис. 5 приведена диаграмма состояния системы А12О3— SiO2— МпО.

1150°.

Удельный вес неметаллических включений меньше удельно­ го веса жидкой стали и колеблется в зависимости от состава включений в пределах 2,5—5 г]см?. Вследствие меньшего удель­ ного веса неметаллические включения стремятся всплыть из металла. Процесс всплывания включений зависит от темпера­ туры жидкой стали, размера и природы включений. Чем выше температура стали и чем больше размер включений, тем быстрее они всплывают из металла.

При выборе элементов-раскислителей, кроме раскисляющей способности элементов, необходимо учитывать строение и форму образующихся при этом продуктов раскисления; последние, ос­ таваясь в металле, оказывают существенное влияние на его

свойства.

Основная масса кислородных включений, встречающихся в

стали, представляет собой продукты раскисления. Изучение этих включений является одной из главных задач металлургов и поэтому приводятся сведения только об этих включениях. Ха­

рактеристики всевозможных типов экзогенных включений в этом разделе не приведены.

Изучение вида, характера и свойств включений лучше всего производить на полированных нетравленых шлифах литой стали под микроскопом. На рис. 6 представлены включения закиси.

ния. Включения закиси железа в расплавленной стали находят­

ся в жидком состоянии и поэтому в затвердевшем металле име­

ют вид глобулей. В светлом поле зрения включения закиси же­

леза имеют серую окраску. На рис. 7 показаны включения за­ киси марганца. Чистая закись марганца в жидкой стали нахо­ дится в твердом состоянии, поэтому в затвердевшем металле

включения получаются в виде кристаллов неправильной формы. Цвет включений темно-серый. Сложные включения, состоящие из закиси железа и закиси марганца, имеют переменный состав. С увеличением доли закиси марганца во включениях они стано­ вятся темнее, а форма их делается более неправильной, прибли­ жаясь к виду включений чистой закиси марганца. Включения, состоящие из закиси железа и закиси марганца, в светлом поле зрения показаны на рис. 8. Такие включения встречаются в ки­ пящей стали, которая не раскисляется кремнием и алюминием В спокойных сталях они не обнаруживаются.

На рис. 9 представлены включения железомарганцовистых силикатов. В первом случае силикат содержит мало закиси же­ леза и закиси марганца, имеет глобулярную форму и стекловид­ ное строение. Цвет включения темно-серый. В случае чистого кремнезема глобули стекла получаются почти светлыми с ха­

рактерным кольцевым отсветом. Во втором случае силикат со­ держит много закиси железа и закиси марганца, имеет непра­ вильную форму и кристаллическое строение. Силикаты железа

1 2

Рис. 9. Включения железомарганцовистых силикатов в литой стали ( X 500):

В металле они располагаются в .виде отдельных включений или образуют скопления.

Характерными для спокойных сталей являются включения глинозема, алюминатов и алюмосиликатов. Эти включения рас­ полагаются в металле обычно гроздьями, состоящими из кри­ сталлических частиц неправильней формы различного размера.

Частицы имеют цвет и различные оттенки в зависимости от со­ става. На рис. 10 показаны включения алюминатов в литом ме­ талле в светлом поле зрения. Подобную картину представляют собой включения глинозема и алюмосиликатов.

Окислы хрома и ванадия с другими окислами образуют скоп­ ления хромитов и ванадитов, которые состоят из кристалличе­ ских включений светло-серого цвета, имеющих правильную фор­ му квадратов, шестигранников и треугольников. Включения хромитов в литой стали показаны на рис. 11 (в -светлом поле