ФОРМУВАННЯ НЕМЕТАЛЕВИХ ВКЛЮЧЕНЬ У ПРОЦЕСІ ЇХ МОДИФІКУВАННЯ КАЛЬЦІЄМ

Анотація

У роботі показано, що в процесі розливання та кристалізації сталі необхідно контролювати й зменшувати вміст неметалевих включень. Визначено, що мікровключення є занадто малі для транспортування в шлак, при цьому вони можуть стикатися й агломерувати та призводити до дефектів у готовому продукту. Установлено, що потенційним рішенням для контролю включень у сталі є їх хімічна та/або фізична модифікація таким чином, щоб мінімізувати потенційні шкідливі наслідки й посилити сприятливий вплив на властивості сталі та литих структур. З використанням потрійної фазової діаграми Al2O3-CaO-MgO установлено, що при обробці в ковші кальцієм усі включення перебувають у рідкому стані. Наведено дані термодинамічної можливості перебігу реакцій, що досліджувалися, залежно від умісту в розплаві S та Al, вище яких може відбуватися осадження CaS для низьковуглецевих сталей. З’ясовано, що коефіцієнти активностей розраховувалися за стандартними методиками. Показано залежність швидкості твердіння від температури для визначеної кількості S та Al і проведена оцінка розподілу речовин, що розчинилися, з використанням рівняння Шейля. Установлено коефіцієнти розподілу S та Al у бінарних системах Fe-X. Визначено рівняння для розрахунку енергій Гіббса для відповідних хімічних процесів, що відбуваються в процесі модифікації включень. Установлено, що швидкість росту CaS зменшується зі збільшенням температури твердіння, оскільки при вищих температурах швидкість кристалізації повільніша порівняно з нижчими температурами, що призводить до низької швидкості розподілу S та Al у розплаві. Показано, що зниження температури на 10 °C (від 1525 °C до 1515 °C) значно збільшує швидкість росту d – заліза (від 7 до 19,4 мм/с), отже, значно збільшує швидкість надходження S та Al у розплав. Установлено, що швидкість і ріст включень CaS відбуваються в дифузійній ділянці й можуть перетворюватися на глобулярні або рідкі включення, а іноді можуть утворюватися тверді включення. Показано, що тверді включення CaS є менш пластичними й небажаними для подальшої обробки. Крім того, тверді включення, що містять CaS, агломеруються й утворюють кластери, принаймні коли є вільні поверхні. З’ясовано, що з точки зору якості продукту утворення CaS під час кристалізації можна уникнути, якщо швидкість росту d – заліза буде достатньо високою для цього розміру включень, або початкове включення достатньо велике для заданої швидкості росту d – заліза, щоб забезпечити його раннє поглинання. З використанням методів електронної мікроскопії показано, що глобулярні рідкі або напіврідкі включення Al2O3-CaO не виявляли тенденції до агломерації один з одним на поверхні розплаву, навіть на малих відстанях границі поділу фаз; у процесі кристалізації виділення розчинених речовин із твердого d – заліза ініціює реакцію між включеннями Al2O3-CaO з розчиненими S та Al, що призводить до зміни розміру й форми включень через утворення твердої фази CaS на їх поверхні. Визначено термодинамічні умови перебігу процесів модифікування. Установлено, що на початку процесу модифікування процес відбувається в кінетичній ділянці, а потім у дифузійній.