Лекция 5
Раскисление и легирование стали
5.1. Раскисление стали
5.1.1. Основные задачи раскисления.
5.1.2. Свойство раскислителей
5.1.3. Основные типы раскислителей
5.1.4. Способы раскисления
- глубинное раскисление
- диффузионное раскисление
- раскисление обработкой металла шлаком
- раскисление обработкой вакуумом
5.2. Легирование стали
5.1. Раскисление стали
5.1.1. Основные задачи раскисления.
Технологическую операцию, при которой растворенный в металле кислород переводится в нерастворимое в металле соединение или удаляется из металла, называют раскислением.
После операции раскисления сталь называют раскисленной. Такая сталь при застывании в изложницах ведет себя "спокойно", из нее почти не выделяются газы, поэтому такую сталь часто называют "спокойной". Если же операцию раскисления не проводить, то в стали при ее постепенном охлаждении в изложнице будет протекать реакция между растворенным в металле кислородом и углеродом [О] + [С] =СОгаз. Образующиеся при этом пузырьки оксида углерода будут выделяться из кристаллизующегося слитка, металл будет бурлить. Такую сталь называют "кипящей".
В некоторых случаях раскисление стали проводят таким образом, чтобы удалить из нее не весь кислород. Оставшийся растворенный кислород вызывает кратковременное "кипение" металла в начале его кристаллизации. Такую сталь называют "полуспокойной".
Содержание кислорода в металле перед раскислением в любом сталеплавильном агрегате, главным образом, зависит от концентрации углерода - чем меньше содержание углерода, тем больше содержание кислорода в металле. Это содержание кислорода значительно выше значений, равновесных с углеродом (рис 5.1). Следовательно, основными задачами раскисления являются:
Первая задача раскисления стали сводится к достижению заданной степени раскисления металла - получению в готовой жидкой стали такого остаточного содержания кислорода, которое обеспечивает нормальное поведение металла во время его кристаллизации. Недостаточное раскисление приводит к нарушению нормального хода криталлизации слитка.
Рис. 5.I. Схема решения основной задачи раскисления стали различных марок.
I - кривая равновесия с углеродом; 2 - область нормального остаточного содержания кислорода в металле после раскисления; 3 - область обычного содержания кислород в металле перед раскисление
Вторая задача раскисления состоит в обеспечении возможно меньшего содержания в твердой стали продуктов реакций раскисления - неметаллических включений (НВ). Такими свойствами обладают мелкие НВ (размеры - 10мкм), имеющие форму сферы, располагающиеся в объеме металла равномерно и не деформирующиеся во время обработки давлением. Эта задача очень сложна и успешно решается пока лишь в немногих случаях.
Третья задача раскисления сводится к обеспечению получения мелкозернистого строения металла и решается путём получения мелких НВ, выделяющихся из жидкой стали в твердом виде и играющих роль центров начала образования кристаллов металла. Такими свойствами обладают нитриды и карбонитриды ванадия, ниобия и т.д. В этом случае НВ положительно влияют на свойства стали. В большинстве случаев элемент-раскислитель вводится в металл не только для снижения остаточного содержания кислорода, но и для уменьшения вредного влияния других примесей, а также для улучшения свойств стали (термической обрабатываемости, механической прочности, коррозионной стойкости и т.д.).