Строение жидкой стали и технология

Теория жидкого состояния стали еще далека от совершенства, однако полу­чено множество доказательств того, что изменения структуры жидкого ме­талла (в зависимости от изменения его состава, степени перегрева и т. д.) дол­жны учитываться при определении ра­циональной технологии плавки.

Современные исследования пока­зывают, что структура жидкого распла­ва по ряду косвенных признаков по­добна (в зависимости от степени пере­грева и содержания углерода) структуре - или -Fe. Наличие -подобной (более «рыхлой») структуры облегчает условия зарождения новой фазы, дега­зации металла и т. п. Эксперименты показывают, что при ведении плавки, когда изменение состава металла и его температуры соответствует области бо­лее рыхлой структуры, получается сталь более высокого качества с мень­шим количеством газов и включений. На структуру жидкого металла влияют добавки легирующих элементов (нике­ля, марганца, хрома и т. д.). Если леги­рующая добавка способствует разрых­лению структуры жидкого металла, то и условия ведения плавки изменяются (облегчается газовыделение и т. п.). Разрыхлению структуры расплава спо­собствуют сравнительно небольшие добавки таких элементов, как никель, кобальт, медь (этим обеспечивается получение -подобной рыхлой струк­туры). При этом должны улучшаться условия газовыделения (облегчается образование пузырей газов: СО, Н₂, N₂) и соответственно должны изме­няться и показатели качества металла. Например, если в стали содержится 1— 2 % Ni, то повышаются скорость окис­ления углерода и интенсивность дега­зации, снижается брак стали и т. д.

Используя имеющиеся данные о зависимости структурно-чувствитель­ных свойств жидкой стали от ее тем­пературы и состава, можно составить диаграмму состояния сплавов на осно­ве железа выше линии ликвидуса. На рис. 10.5 показаны варианты диаграмм состояния систем Fe-C и Fe-Ni, со­ставленные Г. Н. Еланским. Линии выше ликвидуса на этих диаграммах не являются, по представлениям Г. Н. Еланского, показателем поли­морфных превращений в жидких сплавах железа, но свидетельствуют о существовании зон с разными коорди­национными числами (близким к структуре - или -Fe) и о том, что лишь при перегреве ~250 °С осуществ­ляется полный переход к структуре перегретых расплавов.

Используя имеющиеся данные о строении жидкой стали, можно также определить необходимую степень пе­регрева и продолжительность выдерж­ки металла при этом перегреве для до­стижения полного разупорядочения расплава (термовременная обработка). В зависимости от состава расплава можно определять температурные об­ласти, в которых вследствие «разрых­ления» структуры облегчается проте­кание процессов газовыделения (окисления углерода, дегазации ста­ли), и учитывать возможное влияние строения жидкой стали (сплавов). При известных составе и температуре жид­кой стали можно учитывать возмож­ное влияние ее строения на вязкость, плотность, поверхностное натяжение и другие характеристики. В зависимо­сти от области на диаграмме состоя­ния, через которую проходит путь из­менений состава и температуры спла­ва, можно прогнозировать получение тех или иных свойств после разливки и кристаллизации металла. Объем экс­периментальных данных в этой облас­ти знаний недостаточно полный, од­нако по мере их накопления и по мере роста требований к качеству выплав­ляемого металла практическое ис­пользование диаграмм состояния бу­дет более совершенным.

Рис. 10.5. Диаграммы состояния Fe-C (а) и Fe-Ni (б) выше линии ликвидуса (Ж_ст — жидкость со статистической структурой перегретых расплавов)

11. ОСНОВНЫЕ РЕАКЦИИ СТАЛЕПЛАВИЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ

При рассмотрении вопросов, связан­ных с изучением химической термоди­намики металлургических процессов, используют значения констант равно­весия реакций, найденные в лабора­торных условиях. В реальных сталепла­вильных процессах полное состояние равновесия не может быть достигнуто. Это связано прежде всего с тем, что на сталеплавильную ванну непрерывно воздействует атмосфера агрегата (с обычно высоким окислительным по­тенциалом), а также (в меньшей мере) футеровка (подина, стены печи).