Меню
Статьи
|
Неметаллические включения
Влияние неметаллических включений на свойста стали
Ромашкин А.Н.
За последнее время, особенно в XXI веке, за счет накопления знаний существенно изменились подходы к высоконадежным конструкционным материалам. Среди факторов, в наибольшей мере снижающих срок эксплуатации металлоизделий, все большее значение приобретают оксидные неметаллические включения. Загрязненность ими готовой металлопродукции традиционно регламентируют посредством ограничения содержания серы и кислорода в металле, и характеризуют уровнем балльности и максимально допустимого размера включений.
Неметаллические включения практически не влияют на "объемные" процессы пластической деформации и упрочнения, но разнообразно проявляют себя в локальных процессах - в разрушении, а также в формировании зерна и фазового состава стали.
От неметаллических включений во многом зависят как технологические (технологическая пластичность, разливаемость), так и механические (ударная вязкость) и эксплуатационные свойства (стойкость к коррозии) стали.
Основным видом включений в стали являются оксиды. Современные требования к стали различных типов по содержанию кислорода и максимальному размеру оксидов приведены ниже в табл. 1.
Табл. 1. Максимально допустимое содержание кислорода и размер неметаллических включений в сталях различных типов.
| Назначение стали |
[O]max, % |
DНВmax, мкм |
| Для автолиста |
0,004 [1] |
100 [1, 2, 3] |
| Для глубокой вытяжки |
0,002 [2] |
20 [2] |
| Для магистральных газо- и нефтепроводов |
0,003 [1, 4] |
100 [1, 2] |
| Шарикоподшипниковая |
0,001 [1, 5, 6] |
15 [4, 7] |
| Кордовая |
0,0015 [1, 4]; 0,005* |
10 [1, 4]; 20 [3] |
| Для судостроения, платформ буровых станций, мостов |
0,002 [1, 4] |
200 [2] |
| Для изготовления проволоки |
0,003 [1, 4] |
20 [1, 4] |
| Рельсовая |
0,002** |
500** |
| Для корпусов атомных реакторов |
0,0025 |
Н.д. |
| Роторная |
0,002*** |
Н.д. |
* Катанка сорбитизированная из высокочистой стали для металлокорда диам. 5,5-6,5 мм. ТУ 14-1-4752-89. ГУП "БМЗ"
** ГОСТ Р 51685-2000. Рельсы железнодорожные. Общие технические условия
***Cпецификация на St. 152 (10 % Cr и 10 % Ni) |
Указанные значения рассматриваемых характеристик установлены, исходя, с одной стороны, из наработанного массива данных о влиянии балла неметаллических включений на конкретные механические, технологические и служебные свойства материалов, а, с другой, из технологической связи между баллом включений и содержанием кислорода в металле. Примеры подобных зависимостей, полученные авторами при исследовании низколегированной марганцовистой стали марок 10Г2ФБ и 06ГФБАА приведены на рис. 1 и рис. 2. Из представленных графиков видно, что, например, загрязненность металла по оксидам на уровне первого-второго балла (ГОСТ 1778) отвечает общей концентрации кислорода около 0,002 %.
|
|
|
|
| Рис. 1. Влияние балла включений (а) и их размера (б) на ударную вязкость трубной стали (исследование балльности проводили методом "Ш" по ГОСТ 1778; основная доля включений, имеющих максимальный размер, по ГОСТ 1778 относится к силикатам недеформируемым) |
|
|
| Рис. 2. Влияние загрязненности трубной стали (типа 06ГФБАА) металлическими включениями на содержание в ней кислорода (максимальный балл преимущественно имели включения, по ГОСТ 1778 относящиеся к силикатам недеформируемым) |
Для получения металла, содержание кислорода и максимальный размер неметаллических включений в котором удовлетворяют требованиям, приведенным в табл. 1 необходимо не только правильно организовать технологию глубокого раскисления, но и обеспечить удержание достигнутого уровня окисленности металла вплоть до окончания его затвердевания. Последнее достигается за счет предотвращения взаимодействия металлического расплава с окисляющими фазами, к которым, прежде всего, относятся шлак и атмосфера. Кроме того, заметное влияние на уровень содержания кислорода в стали может оказывать его взаимодействие с футеровкой.
При содержании серы в металле более 0,01 % может возникнуть эффект красносломкости стали, обусловленный наличием сульфида железа FeS. Эвтектика Fe-FeS плавится при 975 °С. Оттесняемый фронтом кристаллизации легкоплавкий сульфид FeS, образует жидкие пленки вокруг дендритов. В затвердевающем слитке на выходе из кристаллизатора перепад температуры доходит до 400...500 °С, и от термических напряжений по пленкам идут кристаллизационные трещины. Эти пленки оплавляются и при нагреве под прокатку, так что слиток при обжатии разваливается - сталь горячеломкая.
Для предотвращения кристаллизационных трещин и горячеломкости почти во все стали вводят марганец: 0,25...0,80 % в рядовой углеродистой стали по ГОСТ 380. Цель избавиться от эвтектики, заместив сульфид железа на сульфид марганца. В слябе непрерывной разливки гарантией против кристаллизационных трещин считают пропорцию [Mn]:[S] > 40...50 и даже [Mn]:[S] > 60. В тонком слябе, вытягиваемом с большой скоростью, продольные поверхностные трещины предотвращались лишь при < 0,008 % S. При дальнейшей переработке, при охлаждении слитка и при нагреве под прокатку, сульфид железа обогащается марганцем в твердом состоянии. Он полностью превращается в сульфид марганца за 1 час при 1100...1200 °С, и тогда горячеломкость предотвращается, если в стали [Mn]:[S] > 25.
Сульфиды марганца мягкие, пластичны при 950...1100 °С, а при размере частиц менее 1 мкм они не деформируются. Наиболее опасны сульфиды - дендриты, при прокатке они вытягиваются в плоские пучки нитей и даже при холодной деформации удлиняются почти так же, как сам металл.
|
Наши партнёры
Спец-предложение
Предлагаем услуги по оптимизации геометрии разливочной оснастки с целью обеспечения повышения коэффициента использования металла и снижения осевой пористости слитков
подробнее
|
