Анализ влияния неметаллических включений на свойства стали

      Низкое  содержание включений в стали  само по себе еще не является гарантией высокого качества. При общем малом количестве включений в отдельных местах слитка могут быть скопления включений.

      Большое значение имеет изменение состава  и количества включений при кристаллизации и охлаждении слитка. Во время прокатки или ковки форма включений, их размеры и распределение также могут существенно меняться. Одни включения при кристаллизации могут располагаться по границам зерен, другие - внутри зерен, некоторые при обработке давлением дробятся и образуют цепочку, расположенную вдоль оси прокатки, другие вытягиваются, третьи не меняют своих размеров и т.д. В результате, например, оказывается, что видимая (под микроскопом) чистота стали по включения зависит не только от их содержания в металле, но и от степени обжатия при прокатке и т.п.

      Различное влияние на механические свойства стали  оказывают различные включения  при испытании образцов, вырезанных вдоль оси прокатки (продольные образцы) и поперек (поперечные образцы). Наличие неметаллических включений особенно заметно сказывается на показателях испытаний поперечных образцов. [5]

      С вредным влиянием неметаллических  включений связаны такие дефекты, как точечная и точечно - пятнистая неоднородность, загрязнения и волосовины (рис. 2, 3), шиферный излом, камневидный излом и др. Многие дефекты связаны одновременно с присутствием и газов, и неметаллических включений, причем число и размеры дефектов возрастают при содержании в стали вредных примесей (серы, фосфора и др.), снижающих температуру плавления сплава.

Рисунок 2 - Пруток, в котором после обточки обнаружены волосовины 

Рисунок 3 - Неметаллические включения в зоне волосовины

(микрошлиф  стали 12Х18Н9Т) х100

      Это связано с развитием ликвационных явлений при кристаллизации слитка. Затвердевание сталей и сплавов происходит в некотором интервале температур (интервале затвердевания). Вначале затвердевают оси дендритов состава, имеющего более высокую температуру затвердевания; на заключительной стадии затвердевания в незакристаллизовавшихся участках остается жидкость, обогащенная легкоплавкими примесями, которая затвердевает в последнюю очередь. В этот момент в слитке формируется определенное дополнительное количество неметаллических включений.

      В период окончательного затвердевания  из стали выделяется вследствие снижения растворимости некоторое количество газов.

      При высоких концентрациях кислорода  в стали образуются значительные количества легкоплавких оксидных и  оксисульфидных включений, застывающих по границам зерен, в результате чего понижается прочность металла при высоких температурах. Азот понижает пластические свойства  стали, повышает хрупкость при низких температурах, склонность стали к старению. Водород является причиной образования ряда дефектов стали (флокенов и т.д.). Эти дефекты связаны с выделением при застывании растворенного в металле атомарного водорода, в результате чего давление выделившихся молекул H₂ оказывается настолько высоким, что сплошность металла нарушается, и в нем образуются видимые невооруженным глазом трещины.

      К настоящему времени для анализа  неметаллических включений разработаны и широко используются различные методы, позволяющие с большой точностью определить состав, структуру и содержание неметаллических включений в стали и сплавах как с выделением их из металла, так и в твердом металле.[11]