Легирование и раскисление стали

Сталь, выплавленная любым способом, содержит растворенный кислород, значительно ухудшающий ее прочностные и пластические свойства. Для снижения его содержания сталь раскисляют. В практике сталеварения применяют несколько способов раскисления.

Осаждающее раскисление

Наиболее распространенный способ снижения растворенного кислорода, достигаемого связыванием его элементами-раскислителями: Мn, Si, Ті, Al, Са, РЗЭ, что возможно за счет их большего, чем у железа сродства к кислороду. При присадке раскислителя R в металле имеет место взаимодействие

x[O] + yR = RyOx(газ,ж,тв)

с образованием нерастворимых продуктов раскисления, которые должны отделиться (осадится) в газообразную или шлаковую фазу. Оставшиеся в стали продукты раскисления порой оказывают меньший вред, чем растворенный кислород, но они засоряют металл неметаллическими включениями, при накоплении которых сталь становится непригодной к дальнейшему использованию. Поэтому необходимо обеспечить условия для удаления продуктов раскисления, что зависит от их величины, способности укрупняться, вязкости металла, плотности частиц.

Укрупнение продуктов раскисления и способность всплывать создаются и усиливаются при образовании жидких легкоплавких образований. С этой точки зрения и особенно в связи с тем, что сильные раскислители так же, как и их продукты раскисления, трудноплавки, целесообразно применять комплексные раскислители. Комплексные раскислители—это сплавы, в которые входят несколько раскислителей, пропорционированных так, что продукты раскисления получают заданные свойства, благоприятствующие их отделению из стали. К комплексным раскислителям относятся силикомарганец, силикокальций, АМС (сплав алюминия, марганца и кремния) и т. д.

Раскисляющая сила раскислителей определяется изобарным потенциалом образования окисла или остаточными концентрациями раскислителя и растворенного кислорода в стали.

Раскисление марганцем (в виде ферромарганца) производят перед выпуском металла из печи. Марганец — слабый раскислитель, поэтому раскисление им является предварительным. Продукты раскисления — МnО — образуют в металле комплексы xMnO. •yFeO•zSiO2 с более низкой температурой плавления и высокой жидкоподвижностью.

Кремний — более сильный раскислитель. Продукты раскисления— SiО2 — плавятся при температуре 1710° С, поэтому вначале образуются включения твердого кремнезема. Последующее сплавление SiО2 с FeO и МnО дает легкоплавкие силикаты mSKV^FeO’&MnO, хорошо укрупняющиеся и легко всплывающие. Доменным бедным ферросилицием раскисляют металл в печи. Окончательное раскисление кремнием производится на выпуске, когда в струю дают богатый ферросилиций.

Алюминий имеет высокое сродство к кислороду. Продукты раскисления представляют собой твердые мелкодисперсные частицы Аl2O3. Алюминий вводят в ковш, и частично им раскисляют металл при разливке в изложницы.

Диффузионное раскисление стали

Основано на распределении кислорода или закиси железа между металлом и шлаком и раскислении шлака по уравнению:

[FeO]

x(FeO) + R = ROx + x [Fe].

Раскисление шлака нарушает и отдаляет систему от равновесия, что вызывает последующий переход кислорода из металла в шлак. Диффузионное раскисление производится углеродом, ферросилицием (богатым), алюминием, которые вводят на шлак в измельченном состоянии. В результате диффузионного раскисления сталь не загрязняется неметаллическими включениями, но такое раскисление требует длительного времени, так как диффузионные процессы^ проходят медленно. Конверторную сталь этим способом не раскисляют, редко прибегают к нему в мартеновской плавке, но широко используют в электродуговой плавке.

Раскисление стали синтетическими шлаками

Основано на экстрагировании кислорода или закиси железа из стали шлаком при заливке металла в жидкий синтетический шлак. Хороший контакт фаз, большая удельная поверхность, на которой осуществляется переход кислорода, обеспечивают глубокое раскисление с одновременной десульфурацией.

Раскисление под вакуумом осуществляется наложением вакуума на сталь в сталеразливочном ковше или на струю стали при разливке. При этом удаляются растворенные в стали газы, а с ними и растворенный кислород. Кроме того, активность углерода под вакуумом возрастает и он оказывает сильное раскисляющее воздействие.

Одновременно с раскислением марганцем, кремнием, алюминием происходит легирование стали избытком этих элементов. Неокисляющиеся добавки, например никель, кобальт, вводят в шихту. Легко окисляющиеся добавки вводят в сталь после полного ее раскисления, однако и в этом случае происходит их значительный угар. Так, угар титана составляет 40 — 60%.

Статья на тему Раскисление стали