12. Неметаллические включения. Газы в сталях и сплавах.

Неметаллическими включениями называют содержащиеся в ста­ли соединения металлов (железа, кремния, марганца, алюми­ния, церия и др.) с неметаллами (серой, кислородом, азо­том, фосфором, углеродом). Количество неметаллических включений, их состав, размеры и характер расположения в готовом изделии влияют на свойства стали. Неметаллические включения уху­дшают не только механические (прочность, пластичность), но и другие свойства стали (магнитную проницаемость, эле­ктропроводность и др.), так как нарушают сплошность мета­лла и образуют полости, в которых концентрируются напря­жения в металле.

Неметаллические включения принято разде­лять на две группы: 1) включения, образующиеся в процессе реакций металлургического передела (эндогенные¹ включе­ния) и 2) включения, механически попадающие в сталь (эк­зогенные² включения). Эти включения представляют собой частицы загрязнений, бывших в шихте и не удалившихся из металла в процессе плавки, частицы оставшегося в металле шлака, частицы попавшей в металл футеровки желоба, ковша.

Очень часто включения представляют собой довольно сложные соединения типа силикатов, алюмосиликатов, шпинелей и т.д.

Наименее благоприятные условия для удаления включений из металла создаются тог­да, когда эти включения образуются в процессе кристалли­зации стали: по мере снижения температуры повышается вяз­кость металла, рост кристаллов застывающей стали препят­ствует подъему включений. В результате часть таких вклю­чений неизбежно остается в металле.

Газы в сталях. В любой стали в некоторых количествах содержатся газы (кислород, водо­род, азот). Газы содержатся в металлах в виде газовых пу­зырей, соединений (оксидов, гидридов, нитридов) и жидких или твердых растворов. Газы ока­зывают существенное влияние на свойства металла.

Кислород в стали. Источником кислорода в расплаве является атмосфера сталеплавильных агрегатов, содержащая кислород, СО₂, вода, шихта, сод-щая оксиды железа, ок-ли.

Для удаления кислорода из расплава проводится процесс ее раскисления, т.е вводятся спец добавки, у кот сродство к кислороду большее, чем у Fe. Для этого используют С,Si,Mn,Ca,Al , редкоземельные Ме. [О] + [С] = СО_газ

Водород в стали. Источниками Н 2 в печи явл атмосфера, сод-щая Н2 и пары воды; влага шихты. Меры борьбы с Н2:

1. Обработка металла вакуумом.

2. Организация кипения ванны.

3. Продувка инертными газами.

4. Выдержка закристаллизовавшегося металла при повышенных температурах.

5. Добавки гидридообразующих элементов.

6. Наложение электрического поля.

Азот в стали

Попадает в сталь из атмосферы печи и ферросплавов. При обычных темпера­турах сталеплавильных процессов (1450—1600 °С) интенсив­ность перехода азота в металл из газовой фазы невелика, но температурах, превышающих 2500 °С молекулы азота диссоциируют и скорость проникновения в металл ато­мов азота может резко возрасти.

На растворимость азота в металле влияет хим со­став. Хром, марга­нец, ванадий, титан, алюминий, церий и другие редкозе­мельные металлы повышают растворимость азота в стали, а углерод, фосфор и кремний снижают растворимость азота.

Резкое снижение растворимости азота при переходе из жидкого в твердое состояние и при превращении y-Fe в a-Fe приводит к получению перенасыщенного азотом твердого раствора, что ув твердость и хрупкость и сни­жающие пластичность ("старение" металла).

Меры борьбы с азотом:

1. использование чистых по азоту шихтовых материалов;

2. организация кипения ванны

3. предохранение металла от контактас азотсо­держащей атмосферой

4. продувка кислородом, не содержаще­го примесей азота;

связывание азота в устойчивые соединения.