Факторы, влияющие на раскисление стали и образование неметаллических включений
Бондаренко М. Ю., Донецкий национальный технический университет
Повышение качества металла является важнейшей народнохозяйственной проблемой. Актуальность проблемы «чистой стали» обусловлена непрерывным ужесточением требований, предъявляемых потребителями к качеству металла. Согласно современным представлениям, определяющее влияние оказывает не только абсолютное содержание включений в металле, но и их состав, форма, распределение и деформируемость при прокатке.
Теория и практика раскисления, а также десульфурации значительно расширили представления о поведении кислорода, серы, оксидных и сульфидных включений. Выявлена также возможность воздействия на состав и морфологию включений путем их модифицирования присадкой различных элементов – модификаторов.
Проблема устранения или снижения вредного влияния включений на долговечность сталей для различных изделий и для каждой конкретной среды является одной из наиболее сложных в металлургии. Проблема качества поэтому в значительной степени должна решаться оптимизацией состава и структурных составляющих системы сталь - включение, т. е. наиболее высоких эксплуатационных характеристик стали.
Эндогенные неметаллические включения образуются при реакции компонентов стали с растворёнными в ней кислородом, серой и азотом.
Экзогенные неметаллические включения представляют собой продукты эрозии огнеупоров, частицы шлака, включения из ферросплавов, руды и т.д., не успевшие всплыть на поверхность жидкого металла или раствориться.
В особенности качество высокоуглеродистой стали для металлокорда обусловлено ее чистотой по неметаллическим включениям. В данном случае важное значение приобретает размер, форма, состав (отсутствие включений, обогащенных Al2O3).Результаты расчетов показывают, что активность Al2O3 имеет пикообразный характер и что при малой основности активность глинозёма меньше чем при высокой.
СаО неблагоприятно воздействует на удаление глинозёма, так как не образовывает прочных связей. Помимо этого высокоосновный шлак препятствует удалению неметаллических включений за счет присутствия в нём серы, которая является поверхностно активным элементом и сосредотачивается на границе металл-шлак являясь препятствием для неметаллических включений.
Раскисление в порядке возрастания температуры плавления продуктов раскисления.
При такой последовательности присадок раскислителей образовавшиеся неметаллические включения с низкой температурой плавления будут преимущественно жидкоподвижные. Эти жидкоподвижные включения могут выступать в роли центров зарождения неметаллических включений при присадке следующих порций раскислителя.
Раскисление в порядке возрастания сродства к кислороду раскислителя.
Последовательность присадки раскислителей в порядке возрастания сродства к кислороду также способствует образованию легкоплавких смесей оксидов. Это происходит за счёт восстановления компонентов неметаллических включений раскислителем.
При использовании ферромарганца необходимо отдавать небольшое количество ферросилиция, а количество раскислителя должно быть увеличено. В этом случае образующиеся неметаллические включения будут иметь смешенный состав. Ферромарганец использовать нежелательно, так как для получения благоприятных неметаллических включений необходимо одновременно отдавать ферросилиций. Поэтому силикомарганец имеет преимущества по сравнению с ферромарганцем с точки зрения образующихся неметаллических включений.
Для глубокого раскисления можно ввести небольшое количество алюминия. Перед вводом алюминия содержание кислорода будет низкое (так как большая часть кислорода связана силикомарганцем и ферросилицием) и потому образующиеся включения Al2O3 будут малых размеров. Al2O3 преимущественно будет находится на наружной части включения, за счёт чего включение будет иметь низкую смачиваемость, что способствует его удалению из металла.
Для благоприятного состава неметаллических включений предлагается следующая схема раскисления:
Первым вводится силикомарганец, вторым ферросилиций и последним вводится в небольших количествах алюминий. В результате неметаллические включения будут иметь смешанный состав типа MnO - SiO2 - Al2O3.
Список литературы
Раскисление стали. Поволоцкий Д.Я. - М.: Металлургия, 1972. - 208 с.
Бельченко Г.И., Губенко С.И. Неметаллические включения и качество стали. - К.: Технiка, 1980. - 168 c.