Неметаллические включения

Неметаллическими включениями называют содержащиеся в стали соединения металлов (железа, кремния, марганца, алюминия, церия и др.) с неметаллами (серой, кислородом, азотом, фосфором, углеродом). Количество неметаллических включений, их состав, размеры и характер расположения в готовом изделии оказывают существенное, а иногда решающее влияние на свойства стали. Неметаллические включения ухудшают не только механические (прочность, пластичность), но и другие свойства стали (магнитную проницаемость, электропроводность и др.), так как нарушают сплошность металла и образуют полости, в которых концентрируются напряжения в металле.

Неметаллические включения подразделяются на две группы:

1) включения, образующиеся в процессе реакций металлургического передела (эндогенные[1]). Эндогенные включения непрерывно образуются в металле в процессе плавки, разливки и кристаллизации слитка или отливки.

2) включения, механически попадающие в сталь (экзогенные[2]). Экзогенные включения представляют собой частицы загрязнений, бывших в шихте и не удалившихся из металла в процессе плавки, частицы оставшегося в металле шлака, частицы попавшей в металл футеровки желоба, ковша.

Большая часть образовавшихся включений успевает всплыть и удалиться в шлак, однако какая-то часть остается. В литой стали включения присутствуют в виде кристаллов и глобулей. После обработки давлением (прокатки, ковки, штамповки) они меняют форму и расположение и видны под микроскопом в виде нитей, строчек, цепочек, ориентированных преимущественно в направлении деформации. Включения в зависимости от химического состава принято делить на сульфиды (FeS, MnS и т.п.), оксиды (FeO, MnO, SiO₂, А1₂О₃ и т.п.) и нитриды (TiN, ZrN и т.п.). Кроме того, иногда выделяют также фосфиды и карбиды.

Очень часто включения представляют собой сложные соединения типа силикатов (nFeO·mMnO·pSiO₂), алюмосиликатов (пМпО·mSiO₂·рА1₂О₃), шпинелей (FeO ·А1₂О₃), оксисульфидов и т.д.

Эндогенные неметаллические включения образуются в результате взаимодействия растворенных в металле компонентов или уменьшения их растворимости при застывании стали. Размеры обычных включений колеблются в широких пределах (0,0001-1,0 мм). Чем меньше размеры включений, тем труднее они удаляются.

На скорость укрупнения и всплывания включений большое влияние оказывают процессы их коагуляции[3] (слипания) и коалесценции[4] (сливания с исчезновением поверхностей раздела).

Во многих случаях образовавшиеся включения очень мелки и двигаются вместе с перемешивающимся металлом. Задача металлурга заключается в том, чтобы обеспечить такую форму и расположение включений в готовом изделии, которые бы не ухудшали качества металла.

Радиус атома водорода 53 пм

Радиус атома кислорода 60 пм

Радиус атома азота 92 пм

Радиус атома железа 126 пм 286пм решетка

[1] От греч. endo — внутри и genos — род, рождение.

[2] От греч. ехо — вне и genos.

[3] Ог лат. coagulatio — свертывание, сгущение

[4] От лат. coalesce — срастаюсь, соединяюсь.