Раскисление и легирование стали

Окислительные условия ведения плав­ки в сталеплавильных агрегатах, нали­чие окислительных шлаков, а также взаимодействие металла с атмосферой при выпуске и разливке — все это яв­ляется предпосылкой к тому, что кис­лород, растворенный в стали, к мо­менту ее выпуска из агрегата имеет определенную и часто повышенную активность. Технологическую опера­цию, обеспечивающую снижение ак­тивности кислорода до необходимых пределов, называют раскислением. Сталь, прошедшую такую обработку, называют раскисленной. Если раскис­ленная сталь при затвердевании в из­ложницах ведет себя спокойно, т. е. из нее почти не выделяются газы, то та­кую сталь называют спокойной. Если раскисление не проводить, то в стали при ее постепенном охлаждении в из­ложнице будет протекать реакция между растворенным кислородом и углеродом металла: [О] + [С] = СО_Г. Образующиеся при этом пузыри мо­нооксида углерода, выделяясь из кри­сталлизующегося слитка, приводят к тому, что металл в изложнице интен­сивно перемешивается, поверхность его бурлит. Такую сталь называют ки­пящей. Иногда при раскислении из стали удаляют не весь кислород. Ос­тавшийся растворенный кислород вы­зывает кратковременное кипение ме­талла. Такую сталь называют полуспо­койной.

Достигнутый при раскислении уровень активности (концентрации) кис­лорода называют степенью раскисленности. От степени раскисленности за­висит структура стального слитка (рис. 20).

На рис. 21 приведены кривые, ха­рактеризующие уровень окисленности стали после ее раскисления. Согласно этой схеме раскисление кипящей ста­ли сводится лишь к некоторому сни­жению содержания кислорода в ме­талле (уровень окисленности металла остается выше равновесного с углеро­дом). Чаще всего это обеспечивается введением некоторого количества марганца (иногда в металл вводят так­же небольшие количества кремния и алюминия). Обычно в кипящей стали содержится 0,3—0,4 % Мn.

Рис. 20. Схематическая структура спокой­ного (1), полуспокойного (2), закупоренного (3) и кипящего (4, 5) слитков. Цифры у ли­ний — концентрация кислорода в стали

Рис. 21. Уровень окисленности стали после ее раскисления:

1, 2, 3— при производстве соответственно спокой­ной, полуспокойной и кипящей стали; 4— область обычного содержания кислорода в металле перед раскислением; 5— кривая равновесия с углеродом

При раскислении полуспокойной стали обес­печивается снижение окисленности металла до уровня, примерно соответ­ствующего равновесному с углеродом. Чаще всего это обеспечивается введе­нием помимо марганца также опреде­ленного количества кремния. Обычно полуспокойная сталь содержит 0,4— 0,5% Мп и 0,08-0,12% Si. При рас­кислении спокойной стали уровень окисленности металла существенно ниже равновесного с углеродом. Та­ким образом, практически всю вып­лавляемую сталь подвергают раскис­лению в той или иной степени; при этом активность растворенного в ме­талле кислорода снижается до требуе­мых пределов. Уменьшение активно­сти кислорода в металле может осу­ществляться двумя способами: 1) уменьшением содержания кисло­рода; 2) связыванием кислорода в прочные соединения. Существуют следующие способы раскисления ста­ли: 1) глубинное, или осаждающее; 2) диффузионное; 3) обработкой син­тетическими шлаками; 4) обработкой вакуумом; 5) электрохимическое.