Раскисление и легирование стали
Окислительные условия ведения плавки в сталеплавильных агрегатах, наличие окислительных шлаков, а также взаимодействие металла с атмосферой при выпуске и разливке — все это является предпосылкой к тому, что кислород, растворенный в стали, к моменту ее выпуска из агрегата имеет определенную и часто повышенную активность. Технологическую операцию, обеспечивающую снижение активности кислорода до необходимых пределов, называют раскислением. Сталь, прошедшую такую обработку, называют раскисленной. Если раскисленная сталь при затвердевании в изложницах ведет себя спокойно, т. е. из нее почти не выделяются газы, то такую сталь называют спокойной. Если раскисление не проводить, то в стали при ее постепенном охлаждении в изложнице будет протекать реакция между растворенным кислородом и углеродом металла: [О] + [С] = СОГ. Образующиеся при этом пузыри монооксида углерода, выделяясь из кристаллизующегося слитка, приводят к тому, что металл в изложнице интенсивно перемешивается, поверхность его бурлит. Такую сталь называют кипящей. Иногда при раскислении из стали удаляют не весь кислород. Оставшийся растворенный кислород вызывает кратковременное кипение металла. Такую сталь называют полуспокойной.
Достигнутый при раскислении уровень активности (концентрации) кислорода называют степенью раскислен-ности. От степени раскисленности зависит структура стального слитка (рис. 14.1).
На рис. 14.2 приведены кривые, характеризующие уровень окисленности стали после ее раскисления. Согласно этой схеме раскисление кипящей стали сводится лишь к некоторому снижению содержания кислорода в металле (уровень окисленности металла остается выше равновесного с углеродом). Чаще всего это обеспечивается введением некоторого количества марганца (иногда в металл вводят также небольшие количества кремния и алюминия). Обычно в кипящей стали содержится 0,3—0,4 % Мп. При рас-
Рис. 14.1.Схематическая структура спокойного (/), полуспокойного (2), закупоренного (J) и кипящего (4, 5) слитков. Цифры у линий — концентрация кислорода в стали
Рис. 14.2.Уровень окисленности стали после ее раскисления:
1, 2, 3— при производстве соответственно спокойной, полуспокойной и кипящей стали; 4— область обычного содержания кислорода в металле перед раскислением; 5— кривая равновесия с углеродом
кислении полуспокойной стали обеспечивается снижение окисленности металла до уровня, примерно соответствующего равновесному с углеродом. Чаще всего это обеспечивается введением помимо марганца также определенного количества кремния. Обычно полуспокойная сталь содержит 0,4— 0,5% Мп и 0,08-0,12% Si. При раскислении спокойной стали уровень окисленности металла существенно ниже равновесного с углеродом. Таким образом, практически всю выплавляемую сталь подвергают раскислению в той или иной степени; при этом активность растворенного в металле кислорода снижается до требуемых пределов. Уменьшение активности кислорода в металле может осуществляться двумя способами: 1) уменьшением .содержания кислорода; 2) связыванием кислорода в прочные соединения. Существуют следующие способы раскисления стали: 1) глубинное, или осаждающее; 2) диффузионное; 3) обработкой синтетическими шлаками; 4) обработкой вакуумом; 5) электрохимическое.