Ударная вязкость

Влияние неметаллических включений на ударную вязкость стали

Ромашкин А.Н.

К важным механическим свойствам низколегированной марганцовистой стали относятся вязкость и пластичность. Из литературы [1] известно, что по степени отрицательного воздействия на данные характеристики наиболее неблагоприятными являются оксиды типа 12CaO·7Al₂O₃. Это обусловлено тем, что ввиду их низкой температуры плавления (табл. 1) соединения такого состава в большинстве своем имеют относительно крупные размеры и сильно деформируются при горячей прокатке, образуя строчки. При этом каждая из них создает определенные структурные напряжения вследствие разницы величины термического расширения между сталью и алюминатом кальция такого типа [2].

Теоретически для получения высоких характеристик вязкости и пластичности металла и их однородности по сечению проката предпочтительно иметь включения типа 3СаО∙Al₂O₃, так как, величина их теплового расширения близка к величине этого же параметра для стали (табл. 1), следовательно, они не будут приводить к возникновению дополнительных напряжений. Кроме того, в работе [3] сообщается, что частицы такого состава должны быть относительно небольшого размера и равномерно распределены в матрице

Однако, насыщение алюминатов известью не происходит и соединение типа 3СаО·Al2O3, образование которого теоретически возможно при [Al] < 0,02 и очень высокой активности кальция, по результатам промышленных и лабораторных экспериментов, не формируется [1, 4, 5]. Включения трехкальциевого алюмината либо не встречаются совсем, либо наличествуют в крайне небольшом количестве, при этом их основная масса имеет экзогенное происхождение. Причиной этого является то, что для создания термодинамической возможности образования подобного оединения необходимо обеспечить в металле очень высокую [3], по-видимому, недостижимую на практике активность кальция. Последнее связано с низкой растворимостью кальция и высокой скоростью его удаления, а также с тем, что при достижении некоторого критического (равновесного с имеющимся количеством серы) содержания кальция, обогащение алюминатов его оксидом прекращается, т.е. он перестает расходоваться на связывание кислорода, и начинается выделение CaS.

Алюминаты состава СаО·Al₂O₃ снижают рассматриваемые свойства (вязкость, пластичность) стали в большей степени, чем 3СаО·Al₂O₃ - величина их теплового расширения почти в 2 раза меньше чем у стали. Однако ввиду их относительно высокой температуры плавления они не деформируются при прокатке и имеют сравнительно небольшие размеры, поэтому являются более благоприятными в сравнении с крупными легкоплавкими выделениями 12CaO∙7Al₂O₃. В связи с этим, учитывая невозможность получения трехкальциевого алюмината, в качестве частиц, представляющих наименьшую угрозу при эксплуатации изделия, следует рассматривать алюминат состава СаО·Al₂O₃ и стремиться к обеспечению оксидной фазы преимущественно именно такого состава [1].

Высокоглиноземистые алюминаты кальция типа СaO·6Al₂O₃, СaO·2Al₂O₃ также как и СaO·Al₂O₃ труднодеформируемы и имеют малый размер; но они формируются при слишком малых концентрациях кальция, не обеспечивающих достаточно полного модифицирования частиц корунда и сульфида марганца (при сегодняшнем уровне загрязненности по сере - около 0,005 %).

Использованная литература

1. Дуб А. В., Гошкодера С. В., Ефимов С. В. и др. Исследование и управление неметаллическими включениями в низколегированной трубной стали // Черные металлы.Цветные металлы. Специальный выпуск. Октябрь. 2005. С. 30...35.
2. Andrews K. W. Stress fields around inclusions and their relation to mechanical properties // JISI. 1972. V. 210. April . P. 246...253.
3. Дуб А. В., Лузгин В. П., Востряков А. И. и др. Влияние окисленности на формирование включений в низколегированных сталях, обработанных кальцием. Исследование процессов производства стали и их влияние на конечные свойства продукции. Сб. научных трудов МИСиС. М.: Металлургия, 1990. С. 105...109.
4. Фэрис Ф., Бисли Д. Разработка технологии ввода порошковой проволоки на заводе в Темплборо компании "Ротерем Инджиниринг Стил". Обработка стали кальцием: материалы междунар. симп. по обработке стали кальцием. Пер. с англ.; под. ред. и спредисловием Б. И. Медовара. Киев: ИЭС им. Е. О. Патона АН УССР, 1989. С. 177...188.
5. Гателье С., Гайе Г., Нади М. Прогнозирование состава включений в обработанных кальцием сталях. В работе [4]. С. 75...86.