Файл: Строганов, А. И. Производство стали и ферросплавов учебник для металлургических техникумов.pdf

продуктов раскисления будет изменяться в следующей последова­ тельности:

Поэтому в бол-ее общем виде реакция окисления кремния запи­

к кислороду с изменением его содержания. Значения AZT реакций взаимодействия некоторых элементов-раскислителей и легирующих приведены в табл. 9. Однако оценка сродства элемента к кислороду по значению изменения AZT при стандартном состоянии, для кото­ рого принимается постоянное содержание примесей в металле, для условий сталеплавильной ванны не всегда справедливы. Фактичес­ кое остаточное содержание элементов-раскислителей и тем более легирующих элементов колеблется в широких пределах. Поэтому более удобно сродство элементов к кислороду оценивать по равно­ весному содержанию кислорода в металле: чем меньше равновесное содержание кислорода в присутствии данного элемента, тем больше его сродство к элементу при данной температуре. На рис. 74 графи­ чески представлена зависимость равновесного содержания кислорода при различной концентрации некоторых элементов при 1600° С.

Обычно раскисление металла и в большинстве случаев легиро­ вание металла осуществляют не одним, а двумя и более элементами, т. е. проводят комплексное раскисление и легирование. Поэтому в последующих разделах рассматриваются физико-химические про­ цессы, протекающие в металле как при присадке одного элемента, так и нескольких одновременно. Элемент-раскислитель и легирующий элемент, вводимый в металл, взаимодействуют не только с кислородом,

Углерод. Как раскислитель углерод чаще всего используется для раскисления шлака, т. е. для диффузионного раскисления. При достаточно большом расходе коксика или электродного боя и высо­ ком содержании СаО в шлаке в зоне дуг под электродами образуется карбид кальция по реакции

Карбид кальция, обладая большим сродством к кислороду, вза­ имодействует с окислами железа шлака

270

кислорода в металле не может быть достигнуто даже при 0,3% Ti. Важной особенностью углерода как раскислителя является малое влияние температуры на его сродство к кислороду. Относительная дешевизна коксика и электродного боя и хороший эффект раскисле­ ния ими объясняет широкое приме­

Марганец. Взаимодействие марганца с кислородом описывается реакцией [Мп] + [О ] = (МпО). На рис. 78 представлено равновес­ ное содержание кислорода и марганца в металле при температуре 1650, 1600 и 1550° С (соответственно кривые 1, 2,3). Там же приведено равновесное содержание кислорода и углерода (кривая 4). Как видно, с понижением температуры металла равновесное содержание кисло­ рода с марганцем снижается, т. е. раскислительная способность марганца возрастает. Однако при всех температурах марганец остается слабым раскислителем и его присадки могут снизить со­ держание кислорода только в низкоуглеродистом металле.

Продуктами раскисления железа марганцем являются растворы окислов FeO и МпО. С увеличением содержания марганца в металле возрастает содержание МпО в продуктах раскисления и возрастает температура их плавления. При содержании Мп в металле более 0,6% продуктом раскисления является чистая закись марганца (МпО) с температурой плавления около 1650° С, которая может находиться в жидком металле в твердом состоянии и плохо удаляться из металла.

Изменение изобарно-изотермического потенциала образования сульфида марганца MnS и сульфида железа FeS при 1600° С состав­ ляет соответственно 438 кДж/моль (104,5 ккал/моль) и 224 кДж/моль

271

(53,5 ккал/моль), т. е. сульфид марганца заметно прочнее сульфида железа. К тому же растворимость сульфида марганца в металле меньше, чем сульфида железа. Присутствие марганца в стали ней­ трализует вредное влияние серы при соотношении Mn/S >• 12. На поведение азота в металле марганец практически не влияет.

Марганец вводится в большинство сталей для устранения вред­ ного влияния серы. Он препятствует выделению сернистого железа

в стали более 0,14% Si продуктом его окисления является практи­ чески чистый кремнезем SiO2, отличающийся высокой температурой

Кремний не образует .прочных сульфидов и нитридов. При содержа­ нии в среднеуглеродистой стали 1 —1,2% Si повышаются предел проч­ ности и предел текучести, но заметно снижается вязкость металла. Подобные стали используют для изготовления рессор и пружин. Высококремнистые стали (2,5—4% Si) применяются в электротех­ нической промышленности.

Алюминий. Из всех обычно применяемых раскислителей (С, Si и Мп) алюминий обладает наиболее высоким сродством к кислороду, что видно и из диаграммы рис. 74. При взаимодействии с кислородом

272

по реакции 2 [АП + 3 [О] — (А120 3) образуются дисперсные вклю­ чения глинозема с высокой температурой плавления (около 2050° С). Включения глинозема присутствуют в жидком металле в твердом состоянии и плохо из него удаляются. Это является недостатком алюминия как раскислителя. В то же время алюминий образует с азотом прочный нитрид с температурой плавления около 2100° С. Нитриды алюминия при кристаллизации стали являются центрами кристаллизации и способствуют измельчению зерна в стали.

В зависимости от остаточного содержания алюминия в стали меняется характер образующихся сульфидных включений. В стали, нераскисленной алюминием, образуются глобулярные включения оксисульфидов, беспорядочно разбросанные по объему металла. При содержании алюминия в пределах 0,002—0,015% образующиеся включения сульфидов алюминия располагаются по границам зерен в виде цепочек. Пластические свойства стали резко снижаются. Наконец, при содержании алюминия выше 0,02% включения укруп­ няются, количество их небольшое и они оказывают незначительное отрицательное влияние на свойства стали. Пластичность стали вновь возрастает.

Алюминий присаживают в углеродистые спокойные стали для раскисления и для регулирования размера первичного зерна в коли­ чествах, не превышающих 0,1—0,15%. Изменение физико-химических свойств стали в этом случае обусловливается изменением состава нитридных и сернистых включений в металле. Легированные алю­ минием стали с содержанием 0,7—1,2% А1 (38ХМЮА и др.) подвер­ гаются азотированию.

4. КОМПЛЕКСНЫЕ РАСКИСЛИТЕЛИ

Обычно сталь раскисляют одновременно двумя и более элементамираскислителями, оказывающими взаимное влияние на химическое сродство к кислороду. Взаимодействие между растворенными в ме­

Постоянная равновесия здесь имеет следующий вид:

Величина Кшь si определяет соотношение между концентрацией марганца и кремния в металле, при котором окисленная фаза насы­ щена кремнеземом. Это соотношение для температур 1500 и 1600° С изображено кривыми рис. 80. В области концентраций Si и Мп, лежащих выше этих кривых, образуются твердые силикаты, а в об­ ласти, расположенной ниже кривых (заштрихованная часть диа­ граммы), образуются ненасыщенные силикаты железа и марганца.

Ненасыщенные кремнеземом силикаты имеют низкую температуру плавления, поэтому находятся в сталеплавильной ванне в жидком