一.Что такое включения
Неметаллические включения — класс компонентов стали, которые образуются при затвердевании и охлаждении стали и претерпевают ряд изменений при холодной и горячей обработке. По происхождению включения обычно делят на две категории: чужеродные и эндогенные, а также можно классифицировать по их деформационной способности, морфологии и распространению. В этом разделе в основном представлена классификация по источникам. По деформирующей способности атмосферы неметаллических включений хрупкого включения Al2O3, пластического включения FeS,MnS и недеформирующего включения SiO2. Классификация по морфологии и распространению: Класс А, Класс В, Класс С, Класс D.
1.эндогенное включение
В процессе выплавки стали в результате реакции раскисления образуются оксиды и другие продукты, которые, если эти продукты не выйдут до затвердевания жидкой стали, останутся в стали;
Mn+FeO → Fe+MnO
Si+2FeO → SiO2+2Fe
2Al+3FeO → 3Fe+Al2O3
Ти+2FeO → 2Fe+TiO2
Примесные элементы, такие как кислород, сера и азот, растворенные в жидкой стали, выделяются при охлаждении и затвердевании или в твердом растворе и, наконец, остаются в слитке. Почти все они превращаются в оксиды, сульфиды, силикаты и т. д. Эти соединения называются эндогенными включениями.
1) Оксиды: обыкновенный оксид алюминия, представляющий собой небольшие нерастворимые хрупкие включения высокой твердости, образующиеся при раскислении алюминия. При горячей обработке он разрушается, а затем мелкие частицы распределяются полосами вдоль направления обработки, иногда несколькими полосами параллельно. Эти полосчатые оксиды значительно снижают усталостную прочность стали.
2) Сульфид: обладает высокой пластичностью при высоких температурах, может растягиваться при деформации при горячей обработке, имеет широкий диапазон соотношения форм одиночного серого включения, обычно конец закруглен. Распространены сульфид железа, сульфид марганца и др. Сульфид значительно снижает поперечные свойства стали.
3) Силикат: обладает высокой пластичностью при высоких температурах, при горячей обработке может растягиваться в направлении обработки, форма шероховатая, имеет веретенообразную форму. Большинство из них представляют собой сложные включения.
4) нитрид: имеет высокую температуру плавления и твердость, не деформируется при горячей обработке, под микроскопом показывает квадратную или правильную геометрическую форму.
5) пятнистые недеформируемые включения: после горячей обработки они сохраняют более правильную круглую или овальную форму.
Распределение эндогенных включений относительно равномерно, а частицы малы, и правильная эксплуатация и разумные технологические меры могут уменьшить их количество и изменить состав, размер и распределение, но это, как правило, неизбежно.
2. Экзогенное включение
Шлак, взвешенный на поверхности жидкой стали в процессе выплавки и разливки, или огнеупорные материалы или другие включения, отслаивающиеся от внутренней стенки сталеплавильной печи, стальной канавки и ковша, не удалены вовремя до затвердевания жидкой стали, и смешанные огнеупорные материалы и частицы шлака постоянно изменяются по составу и структуре в результате химической реакции с расплавленной сталью и становятся посторонними включениями в стали. Это включение, образующееся в результате взаимодействия металлов и внешних веществ в процессе плавки.
Общими характеристиками таких включений являются неправильная форма, относительно большой размер и неправильная форма, также известная как крупные включения. Подобных включений можно избежать при правильной эксплуатации.
2.Влияние неметаллических включений на сталь.
1. Производительность обслуживания
Неметаллические включения распределяются в матрице металла так же, как в металле распределено множество малопрочных пустот, и эти пустоты будут течь при деформации металла под действием внешних сил, а пустоты, образованные неметаллическими -металлические включения будут растягиваться и расширяться с образованием трещин, что повлияет на характеристики процесса разрушения (пластичность, вязкость, усталостные характеристики и т. д.). Основными проявлениями являются:
Усталостные свойства ↓
Обычно считается, что включения являются причиной усталостного разрушения стали. Хрупкие включения со слабой связующей силой и большими размерами, а также сферические недеформируемые включения оказывают большое влияние на усталостные свойства, и чем выше прочность, тем больше вред, как показано на фиг. 5. Для высокопрочной стали, если поверхность детали находится в хорошем технологическом состоянии, основным видом усталостного растрескивания становится зарождение трещин из-за включений. Включения небольшого размера могут мало влиять на образование трещин, но способствуют распространению усталостных трещин.
Неметаллические включения распределяются в матрице металла так же, как в металле распределено множество малопрочных пустот, и эти пустоты будут течь при деформации металла под действием внешних сил, а пустоты, образованные неметаллическими -металлические включения будут растягиваться и расширяться с образованием трещин, что повлияет на характеристики процесса разрушения (пластичность, вязкость, усталостные характеристики и т. д.). Основными проявлениями являются:
Усталостные свойства
Ударная вязкость Пластичность
Наличие неметаллических включений играет важную роль в качестве стали и изделий из нее. Сульфидные включения вызывают горячеломкость стали. В холодном состоянии стали эти включения влияют на ее прочность и пластичность. Некоторые твердые угловатые включения, очевидно, уменьшают усадку сечения стали. Неметаллические включения оказывают большее влияние на прочность стали на разрыв, отличное разрушение стали - пластическое разрушение, когда в стали имеются включения или включения по границам зерен, разрушение часто начинается именно с этих мест, так что прочность резко сократился.
2. обработка имущества
1) В процессе ковки и холодной обработки, закалочного нагрева и сварки, поскольку включения разрушают непрерывность стальной конструкции, при возникновении растягивающего напряжения или напряжения сдвига стальное изделие растрескивается по ходу распределения включений.
2) Снижается качество поверхности после прокатки и шероховатость поверхности деталей после шлифования.
3.Сила, влияние удлинения
When the inclusion particles are relatively large (>10 мкм), особенно когда содержание включений низкое. Предел текучести и предел прочности стали явно снижаются. Когда частицы включения малы до определенного размера (< 10μm), the yield strength and tensile strength of the steel will be increased. When the number of small particles dispersed in the steel inclusions increases. The yield strength and tensile strength of steel are increased, but the elongation has a small decrease.
3.Количественная оценка неметаллических включений.
При классификации неметаллических включений в стали, как правило, используется такое оборудование, как оптическая микроскопия, сканирующая электронная микроскопия и энергетический спектрометр, для идентификации типов неметаллических включений в стали в соответствии с оптическими и морфологическими характеристиками неметаллических включений. включений и оценить уровень включений со ссылкой на соответствующие стандарты (обычно в соответствии с GB/T 10561-2005 «Определение содержания неметаллических включений в стали») в сочетании с результатами качественного и количественного анализа спектра состава включений. , точно определить состав и источник включений, для непрерывной разливки стали для улучшения производственного процесса, уменьшения количества вредных включений, повышения чистоты стали и производства высококачественной стали для обеспечения научной основы.
Количественное определение является одним из регламентных пунктов контроля высококачественной и сортовой стали. При условии, что тип включений известен, для оценки качества стали применяют стандартный метод сравнения марок.
Стандарт GB/T {{0}} «Определение содержания неметаллических включений в стали» предусматривает, что фактическая площадь составляет 0,5 мм2, а фактическое поле зрения составляет 0,71 мм2 квадратного поля. зрения.
Стандартный рейтинг JK: Включения делятся на четыре основных типа A, B, C и D, которые представляют собой сульфиды, оксид алюминия, силикаты и сферические оксиды.
По морфологии и распределению включений стандартные спектры делятся на пять категорий: А, В, С, D и DS. Каждый тип включений делится на 0.5, 1, 1,5, 2, 2,5, 3, всего шесть классов, чем больше количество классов, что указывает на то, что чем больше количество включений, тем больше размер. . В стандарте GB/T 10561 «Определение содержания неметаллических включений в стали» также имеются соответствующие положения о расстоянии между двумя включениями, чтобы избежать неправильной оценки множественных включений одного и того же типа, появляющихся в одном и том же поле зрения.
Класс А (сульфиды): одиночное серое включение с высокой пластичностью и широким диапазоном форм, обычно с закругленными концами.