книги из ГПНТБ / Производство шарикоподшипниковой стали М. И. Колосов, А. И. Строганов, И. Я. Айзеншток. 1960- 21 Мб

52 Источники неметаллических включений в стали

Сравнение отдельных источников включений,.

Абсолютное содержание оксидных неметаллических включений, определяемое электролитическим способом, в подшипниковой стали типа ШХ9—ШХ15 обычно составляет 0,006—0,012%. Выше были рассмотрены возможные источники загрязнения стали включениями.

Если принять общее содержание мелких включений в метал­ ле за 100%, то можно ориентировочно распределить включения

ные по размерам, эти частицы всплывают на поверхность. Поэтомустепень загрязнения продуктами разрушения огнеупо­ ров и печного шлака зависит от развеса слитков и температуры металла: При большом развесе слитков и повышенной темпера­ туре металла создаются лучшие условия для удаления экзоген­ ных включений.

Всплывающие включения скапливаются под корочкой, образу­

ющейся на поверхности металла при разливке. В случае при­ липания корочки к поверхности изложницы при медленной раз­

ливке образуются местные скопления включений, которые в дальнейшем могут привести к браку металла. Это было доказа­ но с помощью радиоактивных изотопов [96]. Во время разливки сифоном стали 38ХА в крупные слитки развесом 3,5 т на короч­ ку был помещен радиоактивный изотоп серебра Ag110 в виде азотнокислого серебра в смеси с угольным порошком. Продол­

жительность заполнения тела опытных слитков составляла 7,2— 8,3 мин. После прокатки слитков на трубы диам. 426—465 мм определяли изменение радиоактивности по их длине. Оказалось,

что местам повышенной активности металла в трубах соответ­ ствовали расслои и плены, явившиеся следствием заливов ко­ рочки.

Основнымиисточниками оксидных включений в стали явля­ ются продукты раскисления и вторичного окисления. Следова­

тельно, необходимо принимать меры для улучшения условий

удаления продуктов раскисления и уменьшения окисления ме­

талла при выпуске и разливке.

Происхождение сульфидных включений

Сульфидные включения, обнаруживаемые в подшипниковой стали чаще всего являются сульфидами марганца, а иногда

в зо—40-т дуговых основных электропечах показывает, что при содержании серы в готовом металле до 0,010% средний балл по сульфидным включениям не превышает 1,5.

Глава 5

НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ВКЛЮЧЕНИЯ И ГАЗЫ В СТАЛИ

Распределение неметаллических включений в слитке

Распределение сульфидных включений. При температуре 985° растворимость серы в твердом железе достига­ ет максимума и составляет 0,020%. При температурах ниже и выше указанной растворимость серы уменьшается. Поэтому при кристаллизации стали сера выделяется в самостоятельную фа­ зу, как правило, в виде сложных сульфидов, причем медленное охлаждение стали способствует увеличению количества и разме­ ров сернистых включений (рис. 16, 17) [28].

Сера, растворенная в стали, обладает большой ликвиру­ ющей способностью. Сульфидные включения сосредоточиваются

делившей содержание сульфидов по высоте 0,4-т слитков по 8

плавкам электростали ШХ15:

Пробы для оценки сульфидных включений отбирали после прокатки слитков на круг диам. 70—90 мм.

Примерно такой же характер имеет распределение включе­

ний в слитке весом 1,2 т (рис. 18) [73]. Включения оценивали по шкале ГОСТ 801—47. Пробы вырезали из квадратной заготов­ ки 90x90 мм, прокатанной из слитков первого и последнего

поддонов. Всего было изучено 999 плавок.

В горизонтальных сечениях максимум в содержании суль­ фидных включений приходится на конец зоны столбчатых крис­ таллов и на среднюю часть слитка. На рис. 19 показано измене­ ние количества и размеров включений по сечению слитка мартеновской стали весом 4,5 т [99]. Включения определяли ме­ таллографическим методом. Большинство включений, как отме­ чает В. А. Давиденков, составляли сульфиды.

При изучении распределения включений металлографичес­

ким методом в темплете, вырезанном из-под прибыльной части

0,4-т слитка стали ШХ15, был обнаружен также максимум содер­ жания сульфидов в конце зоны столбчатых кристаллов; в другом

слитке того же развеса замечено преимущественное сосредото­

чение сульфидов в центре [44].

На рис. 20 приведено распределение сульфидных включений по сечению 3,6-т слитка стали 45Х. Загрязненность стали уве­ личивается к центру слитка; максимум находится в конце зоны

столбчатых кристаллов [100].

Распределение сульфидных включений в какой-то степени

определяется и развесом слитка, поскольку развес слитка ока­ зывает влияние на ликвацию серы. В небольших слитках, быст­ ро кристаллизующихся, сульфиды распределяются более равно­ мерно.

Распределение оксидных включений. При

кристаллизации стали в изложнице продолжается образование оксидных включений в результате окислительно-восстанови­

тельных процессов. Кроме того, включения укрупняются и уда­ ляются из металла. С повышением скорости кристаллизации за­ трудняется укрупнение включений (рис. 21) [28]. На Кузнецком

металлургическом комбинате, искусственно изменяли скорость кристаллизации слитка стали ШХ15 развесом 420 кг. Результа­

ты экспериментов представлены в табл. 22.

Таблица 22

Влияние скорости охлаждения слитка на содержание включений в стали

Средний балл

включения с высокой температурой плавления являются центра­ ми кристаллизации, особенно при образовании внутренней зо­

ны равноосных кристаллов. Часть кристаллов, срываясь с по­ верхности затвердевшего металла и опускаясь вниз, образует

«конус осаждения» с сосредоточенными в нем оксидными вклю­ чениями. Поэтому, как правило, максимум оксидных включений содержится в нижней части слитка (в зоне «конуса осаждения»). Это видно из диаграммы, приведенной на рис. 18, а также из

таном металле. Максимум оксидов в этом случае содержится в зоне конуса осаждения.

В литературе имеется указание, что при разливке стали си­

фоном, в связи со смещением теплового центра к низу слитка.

максимум загрязненности стали в зоне конуса осаждения прояв­

ляется более резко, чем при разливке сверху [44, 101, 102].

В горизонтальном сечении оксиды также распределяются не­

равномерно, преимущественно сосредоточиваясь к центру слитка. Оксидных включений, как правило, больше в зоне конуса осаждения, а сульфидных — в верхней части слитка. Поэтому для объективных суждений о качестве металла пробы целесооб­ разно отбирать от штанг, наиболее загрязненных как оксидны­ ми, так и сульфидными включениями, т. е. от штаиг, соответст­ вующих подприбыльной части слитка и зоне конуса осаждения.

Влияние горячей механической обработки на неметаллические включения

Способность неметаллических включений к деформации за­ висит от прочности и температуры их плавления,, что определя­

ется в конечном счете химическим составом включений. Непо средственными определениями было обнаружено, что чем боль­ ше во включениях кремнезема и меньше окисло® железа и мар­ ганца, тем выше температура начала деформации включений. Температура начала деформации включений в углеродистой ос­ новной мартеновской стали, раскисленной кремнием, колеблется

Степень деформации определяли путем просмотра образца под

микроскопом до и после деформации. Состав включений опре­ деляли хлорным методом.

В чистом виде описанные включения в подшипниковой стали отсутствуют. Как правило, в них вкрапливается глинозем, так как сталь раскисляется алюминием. В зависимости от темпера­ туры плавления подобные включения могут быть пластичными и

полупластичными (рис. 22, а, б). Большинство оксидных вклю­ чений с высокой температурой размягчения, встречающихся в

подшипниковой стали (глинозем, шпинели, кварц, крайне редко

62 Неметаллические включения и газы в стали

нитриды и другие соединения), представляют собой четко огра­

ниченные кристаллические включения, почти не изменяющие ни своей формы, ни своих размеров при деформации. Часто мелкие

кристаллические включения этого типа располагаются группами на стыках дендритов или в междуосных пространствах литой стали. При деформации такие скопления кристаллов вытяги­

ваются по направлению деформации, образуя строчку, ширина и протяженность которой зависят от количества кристаллов, входящих ,в скопление, и от степени деформации (рис. 22, в).

Глобулярные оксидные включения (силикаты и алюмосили­ каты с высоким содержанием окиси алюминия, глобули кремне­ зема) при деформации также не изменяют формы, иногда лишь слегка разрушаются с поверхности.

Наиболее пластичны сернистые включения; вытягиваясь, они никогда не разрываются и не разламываются. Однако пластич­ ность сульфидов ниже пластичности стали, и поэтому вытяги­ ваются они меньше, чем вытягиваюттся зерна стали при данной деформации (рис. 22, г). Изменение включений при деформации можно наблюдать лишь при металлографическом способе иссле­ дования шлифов металла в направлении деформации.

Абсолютное содержание неметаллических включений не зави­ сит от степени деформации. Правда, иногда при больших сте­ пенях деформации сульфидные включения настолько вытяги­ ваются, что часть их выходит за пределы видимости под микро­ скопом. Сказанное можно иллюстрировать данными М. И. Ви­ ноград (табл. 24) по металлографическому исследованию содер-

Таблица 24

Зависимость содержания включений в стали

жания включений в круглом профиле (90, 35 и 8 мм), получен­

ном путем последовательного проката слитка стали ШХ15 раз­ весом 450 кг (сечением 250 X 250 мм) [44].

Колебания в содержании оксидных включений в различных профилях находятся в пределах ошибки определения. Заметная разница в загрязненности стали включениями наблюдается при балльной оценке качества стали. В связи с уменьшением скоп-