Металлургическое качество сталей

Качество специальных сталей определяется технологией производства, содержанием примесей и неметаллических включений, макроструктурой и т. д. Не рассматривая тех­нологические факторы выплавки, разливки и прокатки ста­ли, рассмотрим наиболее значимые металловедческие фак­торы металлургического качества стали.

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, т. е. из шихтовых материалов, огнеупорной футеровки сталеплавильных агрегатов и устройств и т. п.

Указанные неметаллические включения могут взаимо­действовать между собой, образуя комплексные соедине­ния.

Количество включений и особенно их размер в различ­ных сталях и отдельных плавках могут сильно колебаться: объемная доля их обычно находится в пределах 0,01–0,1 %, а размер от 10^–5 до 10 мм и более. Однако основная масса неметаллических включений в стали имеет размер более 10^–3 мм. Экзогенные включения почти всегда значи­тельно крупнее эндогенных и их размер практически неог­раничен.

Примеси в стали

Примеси в стали подразделяют на постоянные (обыкновенные), случайные и скрытые (вредные).

Постоянными примесями в стали являются марганец и кремний, которые как примеси имеются практически во всех промышленных сталях. Содержание марганца в конструк­ционных сталях обычно находится в пределах 0,3–0,8 % (если марганец не является легирующим элементом), в ин­струментальных сталях его содержание несколько меньше (0,15–0,40 %). Введение марганца как технологической до­бавки в таких количествах необходимо для перевода серы из сульфида железа в сульфид марганца. Кремний в хоро­шо раскисленных (спокойных) сталях обычно содержится в пределах 0,17–0,37. %. В неполной мере раскисленных низкоуглеродистых (£ 0,2 % С) сталях его содержится меньше: в полуспокойных 0,05–0,017 %, в кипящих < 0,07 %. В нержавеющих и жаропрочных, нелегированных кремни­ем сталях его может содержаться до 0,8 %.

Случайными примесями в стали могут быть практичес­ки любые элементы, случайно попавшие в сталь из скрапа, природно-легированной руды или раскислителей. Чаще все­го это Сr, Ni, Сu, Мо, W, А1, Т1 и др. в количествах, ограниченных для примесей.

Скрытыми примесями в стали являются сера, фосфор, мышьяк и газы водород, азот и кислород. Однако в послед­нее время азот, серу, фосфор иногда используют в качестве легирующих добавок для обеспечения ряда особых свойств сталей.

По марочному химическому составу стали можно опре­делить, какие элементы являются легирующими добавка­ми, а какие – примесями. Если в марочном химическом составе стали устанавливают нижний (не менее) и верх­ний (не более) пределы содержания в стали данного эле­мента, то он будет легирующим. Как правило, для приме­сей устанавливается только верхний предел содержания. Исключение составляют лишь марганец и кремний, коли­чество которых регламентируется нижним и верхним пределом, как для примесей, так и для легирующих добавок.

Вредные примеси: сера, фосфор и газы присутствуют практически во всех сталях и в зависимости от типа стали они могут оказывать на свойства различное влияние.