Неметаллические включения
1.2.8. Неметаллические включения
К неметаллическим включениям относятся химические соединения, образовавшиеся в стали в процессе ее производства – выплавки и разливки. Неметаллические включения являются важнейшим фактором, характеризующим «металлургическое» качество стали. Они существенно влияют на качество и свойства стальных изделий, их эксплуатационные характеристики в зависимости от природы, количества, формы, размера и характера распределения.
Согласно классификации, все неметаллические включения по природе их происхождения можно разделить на два вида:
1. Эндогенные неметаллические включения – соединения, образовавшиеся в стали в результате химических реакций, протекающих в процессе ее выплавки, раскисления и разливки, и вследствие изменения растворимости примесей в процессе кристаллизации слитка.
2. Экзогенные неметаллические включения – частицы различных соединений, попавшие в жидкую сталь или в слиток извне, в т.ч. из шихтовых материалов, огнеупорной футеровки сталеплавильных агрегатов и устройств и т.п.
Указанные неметаллические включения могут взаимодействовать между собой, образуя комплексные соединения.
Классификация неметаллических включений по составу условна, так как во многих случаях включения являются комплексными и состоят из нескольких типов химических соединений: кислородные (оксиды и силикаты), сульфиды и нитриды.
Кислородные включения наиболее многочисленны. Большинство этих включений являются продуктами раскисления стали. Они могут быть и экзогенными (частицы огнеупоров). М.И. Виноград разделяет их на четыре вида:
1. Простые оксиды: А12Оз - оксид алюминия (корунд, глинозем); SiO2 - диоксид кремния (кварц, кремнезем); FeO - оксид железа (II): Fe2O3 - оксид железа; ТiO2 - диоксид титана; Сг2О3 - оксид хрома и др.
Рекомендуемые материалы
2. Сложные оксиды (шпинели): FeO*MnO - оксид железа (II) и марганца (II); FeO*Сг2О3 - хромиты; FeO*V2O5 - ванадиты; FeO*Ti2O5 - ильменит; FeO*Al203 - герцинит; MgO*Al2O3 – магнезиальная шпинель; СаО*А12О3 - алюминат кальция.
3. Силикаты и алюмосиликаты (кристаллические):2FeO*SiO2 - силикат железа (файялит); 2MnO*SiO2 - силикат марганца (тефроит): mCaO*nSiO2 - силикат кальция; 3Al2O3*2SiO2 алюмосиликат муллит; Al2O3 SiO2- алюмосиликат силлиманит.
4. Стекла. Не имеют кристаллического строения. Обычно в их составе содержится кремнезем. Наиболее часто встречаются кварцевое стекло, силикатные стекла с примесью оксидов алюминия, марганца, хрома и др.
Различные типы кислородных неметаллических включений приведены на рис. 18.
Сульфидные включения образуются при затвердевании стали вследствие того, что растворимость серы в жидкой фазе значительно выше, чем в твердом растворе.
Рекомендация для Вас - 7 Анатомия и физиология органов зрения с учетом возрастных особенностей детей.
В сталях в основном образуются сульфиды железа и марганца - FeS и MnS. Сульфид железа FeS имеет температуру плавления 1188 °С, однако в стали он образует легкоплавкую эвтектику (988 °С). Сульфид марганца MnS имеет температуру плавления 1620 °С, т.е. выше температуры плавления стали.
Из-за того, что сера имеет большее сродство к марганцу, чем к железу, в сталях при наличии определенного содержания марганца предпочтительнее образуется сульфид марганца или комплексный сульфид (Mn, Fe)S, имеющий состав: 60...62 % Мп; 34...35 % S и 2...3%Fe.
Легирующие элементы также могут образовывать сульфиды в стали. Никель и кобальт образуют легкоплавкие нестойкие сульфиды, а сульфиды хрома, циркония, титана, ниобия, ванадия более тугоплавки.
Кристаллизация сульфидов в стали зачастую происходит на подложках оксидов, при этом комплексные включения называются окси-сульфидами (например, FeO MnS; FeO*SiO2 *MnS).
Нитриды можно отнести к неметаллическим включениям лишь условно, да и то в ограниченных случаях. Будем относить их к ним только в том случае, когда они являются продуктом соединения остаточного азота в стали (менее 0,008 %) с нитридообразующими элементами (прежде всего с титаном и алюминием), попавшими в сталь случайно в небольших количествах (до 0,02...0,03 %) либо введенных в сталь с раскислителями.
Нитриды нельзя считать неметаллическими включениями в тех случаях когда нитридообразующие элементы (Ti, Zr, V, Nb, Al и др) вводят в сталь как легирующие добавки, либо совместно с ними вводится в сталь повышенное, в сравнении с остаточным, содержание азота (более 0,01 %), а образующиеся при этом нитриды и карбонитриды придают стали специальные свойства.