ВЛИЯНИЕ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ВКЛЮЧЕНИЙ НА МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СТАЛИ

ВВЕДЕНИЕ

Одним из главных факторов, понижающих качество стали, является степень загрязнения её неметаллическими включениями. В ограниченном числе случаев неметаллические включении оказываются полезными. Например, сульфиды улучшают обрабатываемость стали резанием, нитридообразующие элементы упрочняют сталь. Поэтому изучение неметаллических включений полностью оправдает затрачиваемые на него усилия и средства, когда будут раскрыты во всей полноте механизм и природа влиянии этой дисперсной фазы на свойства и технологичность сталей различных назначений.Целью данной работы является рассмотрение понятия неметаллических включений и их влияния на механические свойства стали..

1 ПОНЯТИЕ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ВКЛЮЧЕНИЙ И ИХ КЛАССИФИКАЦИЯ

Неметаллические включения – это химические соединения металлов с неметаллами, находящиеся в стали и сплавах в виде отдельных фаз. Величина и распределение неметаллических включений в стали определяются способом ее выплавки и разливки. При значительных размерах и больших скоплениях неметаллические включения рассматриваются как дефекты. Неметаллические включения в отливках представляют собой твердые частицы соединений компонентов сплавов с неметаллическими примесями. Их размеры колеблются от долей микрона до десятков микрон.Неметаллические включения классифицируют по химическому составу, стойкости, размерам, формам, видам источников, характеру происхождения. Кроме того, неметаллические включения делятся на растворимые в основе сплава в жидком состоянии и нерастворимые (малорастворимые).Растворимые включения формируются в качестве самостоятельной фазы только в процессе кристаллизации. К ним в первую очередь относятся, например, оксиды FeO, сульфиды FeS и MnS в стали и оксиды CuO и CuO2 и сульфиды Cu2S и CuS в медных сплавах. Растворимые включения (например, сульфиды в стали) располагаются по границам зерен и существенно изменяются в зависимости от условий кристаллизации: при увеличении скорости кристаллизации уменьшается их размер и объемная доля. Это объясняется тем, что при быстром охлаждении диффузия в жидкой фазе не успевает выровнять состав вблизи границ зерен, кроме того, происходит измельчение самого зерна.Нерастворимы включения, к которым относятся оксиды практически всех металлов, а также сульфиды магния, формируются в процессе плавки. При увеличении скорости кристаллизации в широком диапазоне они не изменяют своих размеров и объемной доли. Только при затвердевании очень крупных слитков наблюдается тенденция к их укрупнению. Нерастворимые включения имеют в большинстве случаев кристаллическую и глобулярную форму и располагаются в структуре сплава сравнительно равномерно [1].В свою очередь, по химическому составу неметаллические включения подразделяют на следующие группы:оксиды - соединение химического элемента с кислородом, в котором сам кислород связан только с менее электроотрицательным элементом (простые - FeO, MnO, Cr2O3, SiO2, Al2O3, TiO2 и др.; сложные - FeO·Fe2O3, FeO·Al2O3, FeO·Cr2O3, MgO·Al2O3, 2FeO·SiO2 и др.);сульфиды - класс химических соединений, представляющих собой соединения металлов (простые - FeS, MnS, Al2S3, CaS, MgS, Zr2S3 и др.; сложные - FeS·FeO, MnS·MnO и др.);нитриды - соединения азота с менее электроотрицательными элементами, например с металлами и с рядом неметаллов (простые - ZrN, TiN, AlN, CeN и др.; сложные - Ti(C, N), V(С, N) и др.), которые встречаются в легированных сталях, в состав которых входят сильные нитридообразующие элементы;фосфиды - бинарные соединения фосфора с другими элементами, в которых фосфор проявляет отрицательную степень окисления (Fe3P, Fe2P и др.);карбиды - соединение металлов с неметаллами и углеродом (Fe3C, Mn3C, Co3C, Cr3C2, W2C, WC и др.)включения сложного состава: силикаты, оксисульфиды, карбонитриды и т.п. Очень часто основная масса включений относится именно к этой группе.Наибольшее количество включений в стали приходится на долю оксидов и сульфидов, так как содержание фосфора обычно низкое. Нитриды присутствуют только в специальных сталях, в состав которых входят элементы с высоким химическим сродством к азоту [2].Самую большую группу неметаллических включений в стали составляют силикаты. В жидкой стали неметаллические включения находятся в твердом или жидком состоянии в зависимости от температуры плавления.По стойкости неметаллические включения разделяют на устойчивые и неустойчивые. К неустойчивым относятся включения, которые растворяются в разбавленных кислотах (не более 10%-ной концентрации). Неустойчивыми являются сульфиды и оксиды железа, марганца, мелкие включения нитридов алюминия и др. Наиболее устойчивые включения – кварц SiO2, корунд Al2O3, оксиды Cr2O3, ZrO2 и др., ряд шпинелей и нитридов, в том числе крупные включения нитрида алюминия, а также некоторые сульфиды и оксисульфиды. В связи с тем, что газовые включения в стали также являются неметаллическими, включения типа оксидов и сульфидов иногда называют шлаковыми.В зависимости от размера различают:микровключения - обнаруживаются на шлифе только под микроскопом при увеличении не менее 50 крат (обычно применяют увеличения от 100 до 600, а в некоторых случаях - до 1000 и даже 1500 крат);макровключения - видны в изломе или на поверхности стали (лучше полированной) невооруженным глазом или при незначительном увеличении (при помощи лупы).При металлографическом контроле имеется возможность установить характер расположения включений в металле [3].По формам неметаллические включения делятся на глобулярные, кристаллические, дендритные, пленочные и включения неправильной формы (рис. 1) [4].а б в г д а – сферические; б – кристаллические; в – дендритные; г – пленочные; д – неправильной формы.Рисунок 1 – Внешняя форма неметаллических включений.По видам источников неметаллические включения делятся:1. Неметаллические примеси, попадающие в печь вместе с чугуном и скрапом. Общее количество загрязнений, попадающих с этими материалами, невелико, и если процессы формирования шлака в печи и рафинирования металла проведены правильно, то загрязнения могут быть полностью удалены со шлаком.2. Огнеупорный материал, находящийся в соприкосновении с жидкой сталью на всем пути от печи до изложницы или кристаллизатора (желоб, ковш, разливочный стакан в ковше, центровая и сифонный кирпич), частицы которого вследствие шлакующего действия окислов металлов, а также механического разрушения могут загрязнять сталь. Основные меры борьбы с включениями такого рода - применение огнеупоров высокой стойкости, тщательная подготовка канавы и хорошая сушка ковшей и желобов.3. Продукты реакций, выделяющиеся в процессе раскисления металла в печи, ковше и изложницах. Кроме того, иногда с ферросплавами хрома, молибдена и титана вносится больше неметаллических включений, чем их было в стали до легирования. Эти включения встречаются в наибольшем количестве, поэтому правильно организованный процесс раскисления стали является основным методом борьбы за уменьшение количества неметаллических включений.4. Окислы, образующиеся в результате воздействия кислорода воздуха при выпуске металла из печи и при разливке по изложницам. Чем медленнее производится выпуск и разливка, тем дольше поверхность металла соприкасается с воздухом и, следовательно, тем больше загрязнений [5].По характеру происхождения неметаллические включения делятся на две группы: эндогенные и экзогенные.Экзогенные включения – частицы, попавшие в сталь случайно, обычно относительно больших размеров (от 30 до 200 мкм, а иногда и более), поэтому достаточно хорошо удаляются из металла. Методами современного рентгеноспектрального микроанализа в этих включениях часто можно обнаружить элементы (например, кальций или магний), которые не содержались в использованных раскислителях или десульфураторах. В отдельных случаях эти включения по соотношению концентраций основных составляющих их компонентов близки, например, к составу синтетических шлаков, которыми обрабатывали сталь, к составу печных шлаков или к составу огнеупоров. Эта близость химического состава является надежным генетическим признаком и позволяет разрабатывать технологические приемы борьбы с такого рода загрязнениями стали.Эндогенные (природные) – неметаллические включения, образующиеся в результате реакций, протекающих в жидком или затвердевающем металле. Примерами такого рода включений могут быть названы сульфиды марганца и железа, состав которых изменяется в зависимости от содержания марганца и условий охлаждения металла, продукты раскисления стали и т. п. Эти включения обычно имеют размеры (в диаметре) от десятых долей микрона до 10 - 20 мкм.Хотя в ряде случаев по техническим условиям на поставку стали и по национальным стандартам металл бракуют именно по наличию экзогенных крупных включений, но все же пути борьбы с ними достаточно очевидны и доступны. Значительно труднее борьба с эндогенными включениями, которые органически связаны с самой природой процесса производства стали. Помимо этого, следует учитывать, что решение таких актуальных задач, как повышение прочности или пластичности стали, теснейшим образом связано с природой мелких эндогенных включений и их когерентности с окружающей металлической матрицей.Эндогенные неметаллические включения формируются в одних случаях еще в процессе плавки при вводе тех или иных добавок элементов, образующих с растворенными в металле компонентами новую, не растворимую в жидком металле фазу. Эти эндогенные включения называются первичными. Обычно в стали массовое содержание включений составляет 0,01 - 0,02 %, причем их количество и состав определяются типом процесса, качеством шихтовых материалов и принятой технологией производства [6]. 2 ВЛИЯНИЕ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ВКЛЮЧЕНИЙ НА МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СТАЛИСовременные способы производства стали и сплавов не дают возможности получить металл, не содержащий неметаллических включений. Большее или меньшее количество включений существует в любой стали в соответствии с её составом и условиями производства. Обычно количество неметаллических включений в стали не превышает 0,1%. Однако в связи с их малыми размерами число включений в металле очень велико.Неметаллические включения ухудшают механические и другие свойства стали (магнитную проницаемость, электропроводность и т.п.), так как нарушают сплошность металла и образуют полости, в которых концентрируются напряжения. В некоторых случаях (например, при производстве шарикоподшипниковой стали) качество металла определяется только количеством и составом неметаллических включений. Хотя в принципе отрицательное влияние большого содержания включений известно, но очень многое зависит от размеров включений, состава и расположения их в готовом изделии.По форме и характеру расположения в объеме металла различают четыре основных типа включений:1) включения, расположенные по границам зерен в виде тонкой пленки;2) относительно крупные включения, имеющие острые грани и расположенные беспорядочно;3) относительно крупные включения округлой (сферической) формы, расположенные беспорядочно;4) мелкие (субмикроскопические) включения, равномерно расположенные в объеме металла.Особенно опасными для качества стали являются включения, расположенные по границам зерен в виде тонких пленок. Обычно это легкоплавкие включения оксисульфидов, выделяющиеся в жидком виде при кристаллизации стали. Такие включения вызывают ослабление межзёренных связей, особенно при повышении температуры (красноломкость). Большую опасность также представляют включения, имеющие острые грани. Обычно это тугоплавкие включения, имеющие температуру плавления выше температуры жидкого металла. Такие включения часто являются местом концентрации напряжений в металле и источником начала процесса разрушения изделия. В случае, когда такое включение оказывается на поверхности изделия (шарика в подшипнике, железнодорожного рельса и т.д.), происходит выкрашивание включения с последующим преждевременным выходом изделия из строя.Оксидные включения в стали (продукты реакций раскисления) существенно влияют на ее свойства. Наиболее вредны крупные включения или их скопления. При обработке резанием они становятся причиной преждевременного износа инструмента. На свежеобработанной поверхности изделия отчетливо видны грубые шлаковые включения, что может быть причиной брака. В стальном листе оксидные включения проявляются в виде засоров и пузырей. Они уменьшают также предел выносливости стали.Неметаллические включения заметно снижают пластичность (относительное удлинение и сужение) и ударную вязкость стали.Менее вредными считаются включения округлой формы. Включения округлой формы получаются в случае, когда температура плавления их невелика, и они плохо смачиваются металлом. Менее вредны также включения в виде расположенных равномерно по сечению металла субмикроскопических частиц. В некоторых случаях даже принимаются специальные меры для образования таких включений (например, включений нитридов и карбонитридов в термоупрочняемых сталях). Такие включения (тугоплавкие соединения) образуются при введении в металл элементов с высоким сродством к таким примесям, как кислород, сера, азот, углерод (введение в отдельных случаях алюминия, редкоземельных элементов, вольфрама, титана и др.).Включения, расположенные равномерно по всему объему металла и представляющие субмикроскопические частицы, приносят наименьший вред и в ряде случаев являются полезными. Например, при производстве термоупрочняемой стали необходимо обеспечить получение мелкого первичного (аустенитного) зерна. Это возможно тогда, когда в жидкой стали перед кристаллизацией содержится большое число мелких и расположенных равномерно по объему неметаллических включений, которые могут служить центром возникновения отдельных кристаллов металла. Как показали исследования последних лет, наилучшие результаты измельчения первичного зерна термоупрочнения достигается в том случае, если центрами кристаллизации являются нитриды и карбонитриды. Поэтому существует значительная группа термоупрочняемых сталей, содержание азота в которых специально повышают до 0,015 - 0,030 % и более.Неметаллические включения не всегда оказывают отрицательное влияние на свойства стали. Иногда они играют и полезную роль при выделении в виде мелкодисперсной фазы, расположенной равномерно по всему объему металла. Для этого не требуется большого содержания по массе включений в стали.Низкое содержание включений в стали само по себе еще не является гарантией высокого качества. При общем малом количестве включений в отдельных местах слитка могут быть скопления включений.Большое значение имеет изменение состава и количества включений при кристаллизации и охлаждении слитка. Во время прокатки или ковки форма включений, их размеры и распределение также могут существенно меняться. Одни включения при кристаллизации могут располагаться по границам зерен, другие – внутри зерен, некоторые при обработке давлением дробятся и образуют цепочку, расположенную вдоль оси прокатки, другие вытягиваются, третьи не меняют своих размеров и т.д. В результате, например, оказывается, что видимая (под микроскопом) чистота стали по включения зависит не только от их содержания в металле, но и от степени обжатия при прокатке и т.п.Разное влияние на механические свойства стали оказывают различные включения при испытании образцов, вырезанных вдоль оси прокатки (продольные образцы) и поперек (поперечные образцы). Наличие неметаллических включений особенно заметно сказывается на показателях испытаний поперечных образцов [7].С вредным влиянием неметаллических включений связаны такие дефекты, как точечная и точечно - пятнистая неоднородность, загрязнения и волосовины, шиферный излом, камневидный излом и др. Многие дефекты связаны одновременно с присутствием и газов, и неметаллических включений, причем число и размеры дефектов возрастают при содержании в стали вредных примесей (серы, фосфора и др.), снижающих температуру плавления сплава.Это связано с развитием ликвационных явлений при кристаллизации слитка. Затвердевание сталей и сплавов происходит в некотором интервале температур (интервале затвердевания). Вначале затвердевают оси дендритов состава, имеющего более высокую температуру затвердевания; на заключительной стадии затвердевания в незакристаллизовавшихся участках остается жидкость, обогащенная легкоплавкими примесями, которая затвердевает в последнюю очередь. В этот момент в слитке формируется определенное дополнительное количество неметаллических включений.В период окончательного затвердевания из стали выделяется вследствие снижения растворимости некоторое количество газов.При высоких концентрациях кислорода в стали образуются значительные количества легкоплавких оксидных и оксисульфидных включений, застывающих по границам зерен, в результате чего понижается прочность металла при высоких температурах. Азот понижает пластические свойства стали, повышает хрупкость при низких температурах, склонность стали к старению. Водород является причиной образования ряда дефектов стали (флокенов и т.д.). Эти дефекты связаны с выделением при застывании растворенного в металле атомарного водорода, в результате чего давление выделившихся молекул H2 оказывается настолько высоким, что сплошность металла нарушается, и в нем образуются видимые невооруженным глазом трещины.К настоящему времени для анализа неметаллических включений разработаны и широко используются различные методы, позволяющие с большой точностью определить состав, структуру и содержание неметаллических включений в стали и сплавах как с выделением их из металла, так и в твердом металле [3].3 ДЕФЕКТЫ ДЕФОРМИРОВАННОЙ СТАЛИ, ВЫЗВАННЫЕ НАЛИЧИЕМ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ВКЛЮЧЕНИЙБольшинство дефектов деформированной стали, образующихся при прокатке, ковке, штамповке, так или иначе связано с неметаллическими включениями. Такие дефекты можно разделить на две большие группы: внутренние и поверхностные.Одним из наиболее распространенных внутренних дефектов стали являются волосовины, представляющие собой нитевидные несплошности, образующиеся при деформации неметаллических включений. Включения окислов железа, корунда, силикатов, пластически не деформирующиеся при температурах горячей прокатки, разрушаются и образуют строчки, которые проявляются как волосовины. Пластичные сульфидные и силикатные включения, раскатавшиеся при прокатке, также вызывают волосовины. Возникновение волосовин в стали зависит от величины и характера расположения неметаллических включений. Опасность представляют отдельные крупные включения, а также большие скопления мелких включений. Наличие волосовин в деформированной стали значительно снижает ее прочность.Типичным дефектом деформированной стали является расслоение, представляющее собой нарушение сплошности стальной заготовки или готового изделия. Часто расслоение выходит наружу, например на кромку листа. Расслоение появляется в местах скопления силикатов и окислов. Вследствие различия пластичности включений и стальной матрицы, а также из-за хрупкого разрушения включений при деформации происходит нарушение сплошности по поверхности раздела включений с матрицей и в случае строчечного расположения включений в стали образуется вытянутое в направлении прокатки расслоение (рис. 2). Небольшие расслоения могут исчезать в процессе горячей деформации в результате сваривания, однако присутствие неметаллических включений мешает свариванию внутренних стенок расслоений. Наличие внутренних расслоений в стальных изделиях недопустимо, так как они служат готовыми центрами зарождения разрушения при воздействии на сталь внешней нагрузки. Например, при холодной штамповке листовой стали, имеющей расслоения, часто происходят разрывы. Изучение поверхности разрушения штампованной детали выявило в изломе неметаллические включения.а бРисунок 2 – Расслоения в сталях 20 (а) и 08Ю (б), вызванные различными неметаллическими включениями; х 100К внутренним нарушениям сплошности стали относят рванины, представляющие собой полости неправильной формы, трещины напряжения различного происхождения (рис. 3), имеющие окисленную поверхность. Рисунок 3 – Трещины в листе среднеуглеродистой стали.В структуре стали вблизи этих дефектов образуется обезуглероженная зона, загрязненная окисными и сульфидными включениями. Наиболее часто встречаются окислы FeO и MnO, которые получаются в результате взаимодействия окалины, покрывающей поверхность дефекта, со стальной матрицей при горячей деформации. В этих случаях неметаллические включения являются не причиной, а следствием образования внутреннего дефекта. Наличие включений вблизи внутренних дефектов усложняет структуру последних и способствует их росту при деформации стали.Во время нагрева под прокатку до высокой температуры может происходить окисление и частичное оплавление границ зерен, когда на границах зерен образуются хрупкие пленочные включения окислов, разобщающие зерна (рис. 4). Вследствие этого в процессе последующей прокатки по границам окисленных кристаллов образуются рванины пережога и трещины. В этом случае неметаллические включения служат причиной образования в стали внутренних дефектов — рванин и трещин.Рисунок 4 – Пленки окислов на границах зерен в пережжённой сталиРванины пережога могут выйти на поверхность стального изделия. В этом случае они представляют собой раскрытые разрывы, расположенные под углом к направлению прокатки.Многие дефекты слитка, такие, как газовые пузыри, трещины напряжения, корочки, при последующей горячей деформации изменяют свою форму и проявляются как дефекты деформированной стали. Раскатанные пузыри представляют собой нарушения сплошности вдоль направления прокатки, образующиеся в результате раската подкорковых пузырей слитка, на поверхности которых находились окалина и неметаллические включения, препятствующие их свариванию при прокатке. Раскатанные трещины образуются при прокатке слитка, имеющего трещины напряжения, и представляют собой внутренние и внешние разрывы металла, покрытые слоем окислов. Прокатка слитка, загрязненного крупными экзогенными включениями, приводит к появлению дефектов, названных раскатанными загрязнениями, представляющих собой вытянутые в направлении прокатки крупные шлаковые включения или частицы огнеупоров. Темные и светлые корочки, а также заворот корочки преобразуются при прокатке стали в местные расслоения металла, образовавшиеся в результате раскатки завернувшихся корочек в виде скоплений неметаллических включений, окисленных заливин и плен, вблизи которых в структуре обнаруживается обезуглероженный слой с частицами окислов и сложных включений. Неоднородность макроструктуры слитка наследуется деформированной сталью и при травлении темплета представляет локальный растрав металла в виде пятен и полос в местах скопления неметаллических включении.Поверхностные дефекты прокатанной стали могут быть вызваны неметаллическими включениями, присутствующими в стали, и неметаллическими фазами, попадающими на поверхность слитка или заготовки извне или образующимися на поверхности в результате реакции компонентов стали с окружающей средой во время нагрева под прокатку.Источником посторонних неметаллических фаз, попадающих на поверхность слитков и стальных заготовок, являются частицы огнеупоров из разрушенной футеровки нагревательных устройств (колодцев, печей). В процессе деформации частицы неметаллических включений вкатываются в поверхностные слои стали, вызывая надрывы. На поверхности видны отдельные вкрапления или строчки вкраплений, ухудшающие качество стали. В тонких местах при вкатывании инородных частиц могут образоваться сквозные разрывы.Выдержка слитков или заготовок при высоких температурах во время нагрева под прокатку может привести к окислению кремния, марганца, алюминия и других элементов, присутствующих в стали, и к образованию на поверхности заготовок шлака сложного состава. При последующей горячей деформации шлак деформируется вместе со сталью и раскатывается вдоль поверхности стального изделия или вкатывается в поверхностные слои стали. Пластичность шлака зависит от его состава и температуры деформации. Поверхность прокатанной стали оказывается пораженной темными пятнами и полосами, являющимися шлаковыми включениями. Листы из такой стали плохо протравливаются и непригодны для эмалирования и нанесения покрытий из других металлов (цинка, свинца) [8].Поверхность проката всегда в большей или меньшей степени покрыта окалиной, т. е. слоем окислов железа, получившихся в результате окислениястали при нагреве в печи или в процессе самой прокатки. Окалинообразование вредно по своим последствиям. С экономической точки зрения оно приводит к большой потере металла. Частицы окалины, вкатанные в поверхность стали при деформации, существенно снижают качество поверхности, что недопустимо, например, для горячекатаной и холоднокатаной листовой стали. Окалина вызывает шероховатость поверхности и ухудшает внешний вид прокатанной стали. Различают несколько видов поверхностных дефектов, вызванных окислением деформированной стали. Рябизна представляет собой углубления на поверхности листа, образовавшиеся при вдавливании частиц окалины во время прокатки. Раковины от окалины также образуются при вдавливании частиц окалины и их выпадении во время прокатки. Отстающая окалина представляет собой отдельные участки на поверхности деформированной стали с отслоившейся или рыхлой окалиной, образовавшиеся при деформации стали. На поверхности тонких листов после вкатывания окалины обнаруживают поперечные надрывы.При значительном окалинообразовании могут обнажаться подкорковые пузыри, что является причиной возникновения при прокатке стали поверхностных дефектов — раскатанных пузырей и прокатных плен. Другая причина образования плен — высокое содержание в стали окисных и сульфидных включений, присутствующих на внутренней поверхности сотовых пузырей и препятствующих их свариванию при горячей прокатке. Плены представляют собой отслоения в виде тонких пластин языкообразной формы, соединенных с основной частью стального изделия. В местах соединения плен с основной массой металла существует обезуглероженный слой с неметаллическими включениями, преимущественно окислами, а также шлаковыми включениями. Плены совершенно недопустимы в тех случаях, когда требуется получение чистой поверхности прокатанной стали.К поверхностным дефектам стали, возникающим под влиянием неметаллических включений, относится также рваная кромка, представляющая собой разрывы по кромке стальной полосы. Причиной появления этого дефекта является наличие в стали включений окислов, препятствующих свариванию газовых пузырей при горячей прокатке и способствующих появлению новых расслоений в этих участках. Кроме того, если в стали присутствуют сульфиды железа, то возможно образование легкоплавких эвтектик, вызывающих красноломкость стали при прокатке. Снижение пластичности стали при высоких температурах в результате перегрева, вызванное образованием на границах зерен легкоплавких неметаллических включений и их эвтектик, вызывает такой поверхностный дефект, как чешуйчатость, представляющую собой отслоения и разрывы в виде сетки на поверхности листа. Устранить такие дефекты можно путем увеличения содержания в стали марганца, что приведет к образованию сульфидов марганца, более тугоплавких, чем сульфиды железа.В случае близкого расположения неметаллических включений к поверхности стальной заготовки при деформации они выходят на поверхность вследствие неодинаковой пластичности стальной матрицы и включений. В местах нахождения включений вблизи поверхности скапливается водород или другие газы и в результате внутреннего давления при прокатке на этих участках образуются вспучивания металла — пузыри-вздутия, что значительно ухудшает качество поверхности стали. Скопление чередующихся вздутий, идущих поперек прокатки, образует так называемую гармошку. Под таким дефектом в приповерхностных слоях стали наблюдаются скопления включений и зоны ликвации.Неметаллические включения, наряду с ликвацией кремния, углерода и фосфора, служат причиной появления структурной неоднородности горячедеформированной стали — полосчатости, которая возникает вследствие зарождения избыточного феррита при охлаждении стали после прокатки на строчках включений, образовавшихся в процессе деформации (рис. 5). Сталь с полосчатой структурой обладает анизотропией механических свойств.а бРисунок 5 – Полосчатость микроструктуры сталей 20 (а), и 60 (б), вызванная неметаллическими включениями. Рассмотренные дефекты существенно снижают качество проката. В большинстве случаев причиной их образования является неудовлетворительное качество стального слитка, поэтому бороться с ними нужно путем правильного выбора состава стали, а также соблюдения технологического режима выплавки стали и охлаждения стального слитка [9,10].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В результате выполнения работы был произведен поиск необходимой информации и её анализ. Мы выяснили, что неметаллическими включениями называют содержащиеся в стали соединения металлов (железа, марганца, кремния) с неметаллами (кислородом, серой, азотом, водородом, фосфором). Была рассмотрена классификация неметаллических включений по химическому составу, стойкости, размерам, формам, видам источников, характеру происхождения.Величина и распределение неметаллических включений в стали определяются способом ее выплавки и разливки. При значительных размерах и больших скоплениях неметаллические включения рассматриваются как дефекты.Получить совершенно чистую сталь, не содержащую включений, невозможно, так как они могут образоваться вследствие реакции между компонентами стали. Неметаллические включения принимают участие во всех структурных и фазовых изменениях в стали при термомеханическом воздействии. Для практики час то важным является не достижение малой загрязнённости стали включениями. А получение включений, минимально влияющих на технологические и механические свойства стали.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1 Новокщенова, С. М. Дефекты стали : справочник / С. М. Новокщенова ; под ред. С. М. Новокщеновой, М. И. Виноград. – М. : Металлургия, 1984. – 200 с.2 Литвинова, Т. И. Петрография неметаллических включений / Т. И. Литвинова, В. П. Пирожкова, А. К. Петров. – М. : Металлургия, 1971. – 184 с.3 Ларина, О. Д. Количественный анализ оксидных и нитридных включений в сталях и сплавах / О. Д. Ларина, Н. М Тимошенко. - М. : Металлургия, 1978. – 256 с.4 Гуляев, Б. Б. Теория литейных процессов : учеб. пособие / Б. Б. Гуляев. – М. : Машиностроение, 1976. – 216 с.5  Мороз, А. Н. Анализ состава и структуры многофазных неметаллических включений комплексом рентгеновских, флюоресцентных и металлографических методов / А. Н. Мороз, Е. А. Щугульная, А. Н. Курасов // Металловедение и термическая обработка металлов. – 2008. - № 7. – С. 28 – 306  Включения и газы в сталях / В. И. Явойский [и др.]. – М. : Металлургия, 1979. – 272 с.7 Дюдкин, Д. А. Производство стали. В 4 т. Т 4. Непрерывная разливка металла / Д. А. Дюдкин, В. В. Кисиленко, А. Н. Смирнов. – М. : Теплотехник, 2009. – 528 с.8 Литейные дефекты и способы их устранения / А. В. Лакедемонский [и др.]. – М. : Машиностроение, 1972. – 152 с.9 Бельченко Г.И. Неметаллические включения и качество стали / Г. И. Бельченко, С. И. Губенко. – Киев : Техника, 1980. – 168 с, [Электронный ресурс]: [сайт]. – 2022. – URL: https://nmetau.edu.ua/file/belchenkr_gubenko_nemetallicheskie_vklyucheniya_i_kachestvo_stali.pdf / (дата обращения: 17.04.2022).10 Бернштейн, М. Л. Атлас дефектов стали / М. Л. Бернштейн – М. : Металлургия, 1979. – 188 с.