Анализ влияния неметаллических включений на свойства стали

      Таким образом, повышение количества элемента - раскислителя в стали и защита ее при разливке аргоном дают возможность получить более чистый по неметаллическим включениям металл с высокими пластическими свойствами.

      Защита металла от вторичного окисления при разливке существенно снижает количество брака изделий по расслою, неметаллическим включениям и другим видам дефектов на заводах - потребителях такого металла.

      Повторное окисление стали при разливке на МНЛЗ происходит в большей мере, чем при разливке в изложницы.

      Для определения наиболее важного участка в технологической цепи непрерывной разливки, на котором можно с большим эффектом влиять на вторичное окисление металла, необходимо знать на каком участке непрерывной разливки система металл - кислород наиболее удалена от равновесия. Степень переокисленности металла оценили по концентрациям кислорода, равновесным с заданным составом металла при температурах разливки, и концентрациям кислорода фактически растворенного в металле, которые определили расчетом по данным измерения активности кислорода при непрерывной разливке (рис. 36)

1 - равновесные концентрации; 2- концентрации фактически растворенного кислорода (данные расчета по измеряемой активности)

Рисунок 36 - Изменение концентраций кислорода в металле в промежуточном ковше (1570° С) и кристаллизаторе (1530° С) 

      Из рисунка 36 следует, что фактические концентрации кислорода в металле в промежуточном ковше и в кристаллизаторе превышают его равновесные значения, причем в металле в кристаллизаторе это превышение существенно больше, чем в промежуточном ковше.

      Содержание кислорода, фактически растворенного в металле, при разливке из промежуточного ковша в кристаллизатор растет, а величина равновесной концентрации уменьшается. Отсюда следует, что значительная часть поступающего в металл кислорода вступает во взаимодействие с раскислителями не сразу, а при кристаллизации расплава, загрязняя слиток окисными неметаллическими включениями.

      Для повышения качества непрерывного слитка необходимо ослаблять вторичное окисление металла прежде всего на участке промежуточный ковш - кристаллизатор. Однако этим в лучшем случае можно сохранить содержание кислорода в металле на уровне его концентрации в промежуточном ковше. Поэтому в случае необходимости получения большего эффекта следует защищать металл от вторичного окисления и на участке сталеразливочный ковш-промежуточный ковш.

      Из данных непосредственного измерения активности кислорода в металле при непрерывной разливке следует, что хотя с повышением а_Оп.к. в промежуточном ковше величина а_Окр., в кристаллизаторе возрастает (рис. 37), однако прирост активности уменьшается (рис. 38).

Рисунок 37 - Влияние активности кислорода в металле в промежуточном ковше а_Оп.к на величину активности кислорода в металле в кристаллизаторе а_Окр.

      (сталь 3сп)

Рисунок 38 - Зависимость прироста активности кислорода в металле на участке промежуточный ковш - кристаллизатор

      Из этого следует, что на участке струи металла промежуточный ковш - кристаллизатор количество поглощаемого кислорода из газовой фазы возрастает с увеличением глубины раскисления металла. Это подтверждается следующими данными.

      Содержание кислорода в литых пробах, отобранных из кристаллизатора по ходу разливки [О]_кр, прямо пропорционально содержанию кислорода в металле в промежуточном ковше [О]_п.к. (рис. 39).

Рисунок 39 - Влияние содержания кислорода в металле в промежуточном ковше [О]_п.к. на количество кислорода в металле в кристаллизаторе [О]_кр

      Причем  во всем исследованном диапазоне  концентраций величина [О]_кр больше [О]_п.к. Однако эта разница уменьшается с повышением величины [О]_п.к. (рис. 40), т.е. чем глубже раскислен металл, тем большее количество кислорода он поглощает.

Рисунок 40 - Зависимость прироста содержания кислорода в металле на участке промежуточный ковш- кристаллизатор

       Сопоставление содержания кислорода в прокатанном металле [О]_пр с кислородом в промежуточном ковше (рис. 41) показало, что повышение окисленности разливаемого металла обусловливает увеличение загрязненности стали неметаллическими включениями. Как следует из данных рисунков 39 и 41, величины [О]_кр и [О]_пр одного порядка, т. е. можно утверждать, что реагирующий с раскислителями в процессе кристаллизации кислород практически полностью остается в металле в виде окисных неметаллических включений. 
 
 
 
 
 

Рисунок 41 - Содержание кислорода в прокатанном металле [О]_пр при разных содержаниях кислорода в металле в промежуточном ковше в период разливки [О]_п.к. (сталь 3сп)

      Повышение скорости разливки приводит к уменьшению количества кислорода а_{Окр-п.к.} , поглощенного струей на участке промежуточный ковш - кристаллизатор (рис. 42). Оценивая величины а_{Окр-п.к.}(рис. 42) можно отметить, что при скоростях разливки ниже 0,6 - 0,7 т/мин окисление струи металла весь ма существенно. 
 
 
 
 
 

  Рисунок 42 - Влияние скорости разливки

      Таким образом, для повышения чистоты металла необходимо стремиться глубже его раскислять, разливать с максимально возможной скоростью и защищать струю от контакта с воздухом. Для защиты от вторичного окисления в настоящее время используют ряд способов, например таких, как разливка в атмосфере аргона, разливка «под уровень» и др.

      Измерение активности кислорода в металле в сталеразливочном и промежуточном ковшах, а также в кристаллизаторе показало (рис. 43), что при хорошо организованной разливке «под уровень» окисления металла на участке промежуточный ковш - кристаллизатор не происходит. Защита струи металла от вторичного окисления на участке промежуточный ковш - кристаллизатор повысила ударную вязкость стали 3сп с 13 до 15,8 кгс·м/см². При непрерывной разливке стали 10тр с защитой струи металла от контакта с воздухом на всей технологической цепи ударная вязкость стали повысилась с 15,1 до 22,2 кгс·м/см². 
 
 
 
 

1- в сталеразливочном ковше; 2- в кристаллизаторе МНЛЗ; 3- в промежуточном ковше МНЛЗ

Рисунок 43 - Изменение активности кислорода в стали Ст20тр при непрерывной разливке (разливка «под уровень»)

       Полное представление о сопротивлении материала разрушению при определенных условиях нагружения дает анализ данных о разрушении образца при статическом изгибе. Данные такого испытания для стали 10тр различных вариантов раскисления и защиты от вторичного окисления представлены в виде диаграммы на рисунке 44. [3] 
 
 
 
 
 

1 - металл обычной выплавки, разливка «под уровень»; 2 - металл с РЗМ (0,031-0,0066%), разливка «под уровень»; 3 - металл обычной выплавки, разливка «под уровень» и защита аргоном на участке сталеразливочный ковш - промежуточный ковш

Рисунок 44 - Диаграмма испытания стали на статический изгиб

      Анализируя эти данные, следует отметить, что полная защита стали  при разливке значительно повышает сопротивляемость стали разрушению.

      Согласно результатам испытания стали 3сп на статический изгиб защита металла от вторичного окисления на участке промежуточный ковш - кристаллизатор повысила работу разрушения металла, однако это повышение произошло на небольшую величину (с 15,1 до 16,3 кгс·м/см²) вследствие небольшого эффекта повышения чистоты металла при защите его только на участке промежуточный ковш-кристаллизатор. На плавках этой стали содержание кислорода в металле в промежуточном ковше было достаточно   высоким   (9,4•10^-3 %), что и отразилось на свойствах стали.

      Важной характеристикой свойств металла, определяемой также по результатам испытания на статический изгиб, являются предел прочности при изгибе и условный предел текучести при изгибе . Результаты определения этих величин показывают, что защита жидкого металла от контакта с окислительной атмосферой повышает величины и . Для условий проведения опытных плавок это повышение составило в среднем для 4,6 %, а для - 7,2 %.