О компанииСтатьиНапишите намНаш адресСправочникРегистрация

Меню

Статьи

Раскисление как технологический прием

Ромашкин А.Н.

После окислительного периода в стали растворено недопустимо большое количество кислорода, зависящее главным образом от концентрации углерода и значительно превышающее равновесное с ним значение (определяемое из соотношения [C]∙[O] = 0,0025 %). Если сохранить это содержание до периода кристаллизации, то ввиду снижения растворимости рассматриваемых элементов будет происходить их интенсивное взаимодействие и, как следствие, выделение газообразных СО и СО2 (эффект кипения). Подобное газовыделение и, соответственно, наличие в металле газовых полостей допустимо лишь в небольшом количестве случаев (см. область применение кипящих и полуспокойных сталей ГОСТ 380-88 - Сталь конструкционная углеродистая обыкновенного качества), как правило, требуется обеспечить металл с минимальным нарушением сплошности, т.е. протекание реакции окисления углерода при затвердевании должно быть исключено. Кроме того, даже при производстве кипящей или полуспокойной стали интенсивность кипения должна быть вполне определенной, позволяющей получать нормальный слиток. Поэтому в жидкой стали всегда необходимо снижать содержание кислорода, до уровня обеспечивающего требуемое поведение металла при кристаллизации, что, собственно, и является целью раскисления.

Раскисление кипящей стали сводится лишь к некоторому снижению содержания кислорода в металле при сохранении его уровня выше равновесного с углеродом. Это обеспечивается обычно раскислением только марганцем при остаточном содержании 0,3...0,4 % Mn, редко дополнительно вводят кремний (остаточное содержание не более 0,02...0,03 % Si) и/или алюминий (тысячные доли процента). Раскисление полуспокойной стали означает получение остаточного содержания кислорода в металле несколько ниже (обычно, примерно, на 10...15 % отн.) равновесного. Только при выполнении этого условия слиток полуспокойной стали формируется нормально: реакция окисления углерода протекает лишь в той мере, в какой она необходима для заполнения газами усадочных пустот и формирования здоровой наружной корочки равноосных кристаллов. Получение, такого остаточного содержания кислорода является непростой задачей, так как небольшое излишнее или недостаточное раскисление приводит к нарушению нормального хода кристаллизации слитка. В большинстве случаев при раскислении полуспокойной стали дополнительно к обычному содержанию марганца (0,4...0,5 %) достаточно иметь в конечном металле 0,08...0,12 % Si или несколько тысячных долей процента алюминия.

Раскисление спокойной стали можно считать нормальным, если остаточное содержание кислорода значительно ниже равновесного с углеродом, для этого достаточно иметь остаточное содержание в готовом металле 0,3...0,5 % Мn и 0,2...0,3 % Si.

Следует иметь ввиду, что при высоком содержании кислорода (на уровне равновесного с углеродом и более) значительно увеличивается вредное влияние неметаллической фазы; проявлением этого является, например:

  • повышение общей загрязненности неметаллическими включениями;
  • увеличение размера включений;
  • выделение пленочных сульфидов.

Поэтому для обеспечения наиболее высоких свойств металлопродукции следует обеспечивать минимально возможное содержание кислорода в стали. Основным способом, позволяющим это достичь, является, так называемое, "глубинное" или "осаждающее" раскисление, заключающееся в переводе растворенного кислорода в нерастворимый окисел путем введения в объем металла раскислителя - элемента, обладающего высоким сродством к кислороду. При этом, как правило, стремятся применять комплексное раскисление, заключающееся во введении одновременно нескольких элементов с высоким сродством к кислороду. Эффект такого технологического приема заключается в снижении активности продуктов раскисления за счет их взаимодействия между собой. Кроме того, образующиеся при этом сложные оксиды имеют более низкую температуру плавления, скорость их укрупнения возрастает, и, соответственно, условия удаления образующихся продуктов раскисления улучшаются.

В состав комплексных раскислителей желательно включать такие компоненты, которые при окислении образуют включения с минимальным поверхностным межфазным натяжением на границе металл-включение, что значительно облегчает процесс выделения неметаллических включений (к таким компонентам, прежде всего, относится марганец).

Помимо глубинного раскисления применяют также диффузионное раскисление, заключающееся в раскислении шлака. Метод основан на том что, в тех случаях, когда отсутствует кипение ванны между активностью кислорода в металле и шлаке существует определенное соотношение aFeO/aO = const (закон распределения примесей, растворенных в двух несмешивающихся жидкостях). Соответственно любой способ уменьшения активности оксидов железа в шлаке приводит к снижению окисленности металла. Обычно при этом способе раскисления на шлак дают смеси, в состав которых, входят сильные восстановители: углерод (кокс, древесный уголь, электродный бой), кремний, алюминиевая сечка, порошки кальцийсодержащий материалов (силикокальций, карбид кальция) и др.

Характерной особенностью данного метода раскисления является то, что в самом металле не протекают реакции раскисления и, соответственно, кислородные соединения не образуются. Следствием этого является большая чистота стали по первичным и вторичным эндогенным включениям. Однако этот метод очень длителен и практически не позволяет получать глубоко раскисленный металл.

В отдельные способы раскисления также выделяют обработку металла шлаком в ковше и вакуумирование.

Эффективность применения того или иного метода раскисления (и, следовательно, общее содержание кислорода) определяется раскислительной способностью используемого элемента-раскислителя и степенью приближения системы к равновесию. Последнее, в свою очередь, зависит от кинетики реакций раскисления, скорости зарождения и удаления продуктов раскисления из жидкого металла и от взаимодействия расплава с сосуществующими фазами.

Замечания, комментарии и вопросы к данной статье Вы можете отправить здесь. Мы Вам обязательно ответим.

Наши партнёры

Спец-предложение

Предлагаем услуги по оптимизации геометрии разливочной оснастки с целью обеспечения повышения коэффициента использования металла и снижения осевой пористости слитков

подробнее

О компанииСтатьиНапишите намНаш адресСправочникРегистрация
© 2009
Создание сайтов в студии Мегагруп

При копировании материалов сайта размещение активной ссылки на steelcast.ru обязательно | статьи партнеров

Rambler's Top100
Раскисление как технологический прием