Inclusiones no metálicas en acero Dr. Dmitri Kopeliovich Inclusiones no metálicas son compuestos metálicos (Fe, Mn, Al, Si, Ca) con los no metales (O, S, C, H, N). Inclusiones no metálicas forman fases separadas. Las fases no metálicas que contienen más de un compuesto (por ejemplo, diferentes óxidos, óxido de sulfuro +) se llaman complejos inclusiones no metálicas (espinelas, silicatos, oxisulfuros, carbonitruros). A pesar de pequeño contenido de inclusiones no metálicas en el acero (0,01-0,02%) ejercen un efecto significativo sobre las propiedades del acero, tales como: ? Resistencia a la tracción ? Deformabilidad (ductilidad) ? Dureza ? Resistencia a la fatiga ? resistencia a la corrosión ? Soldabilidad ? Pulido ? Maquinabilidad Dependiendo de la fuente, de la que se derivan la inclusión no metálica, que se subdividen en dos grupos: inclusiones indígenas y exógenos. Inclusiones indígenas se forman en el líquido, solidificado o acero sólido como resultado de reacciones químicas (desoxidación, desulfuración) entre los elments disueltos en acero. Inclusiones exógenas se derivan de fuentes externas, como los refractarios del horno, revestimiento de cuchara, materiales de molde, etc Cantidad de inclusiones exógenas y su influencia en las propiedades del acero son insuficientes. ? Tipos de inclusiones no metálicas ? La formación de inclusiones no metálicas ? Morfología de las inclusiones no metálicas ? Distribución de inclusiones no metálicas Tipos de inclusiones no metálicas ? Óxidos FeO, Al2O3, SiO2, MnO, Cr2O3 etc * Al2O3 SiO2, Al2O3 * FeO, FeO * Cr2O3, MgO * Al2O3, SiO2 MnO * etc ? Sulfuros FeS, MnS, CAS, MgS, Ce2S3 etc ? Oxisulfuros
MnS * MnO, Al2O3 * CaS, FeS * FeO etc ? Carburos CFe3, WC, Cr3C2, Mn3C, Fe3W3C etc ? Nitruros TiN, AlN, VN, BN etc ? Carbonitruros Carbonitruros de titanio, carbonitruros de vanadio, niobio, etc carbonitruros ? Fosfuros Fe3P, Fe2P, Mn5P2 Arriba La formación de inclusiones no metálicas Hay tres etapas de la formación de inclusiones: 1. La nucleación En esta etapa los núcleos de nueva fase se forman como resultado de la sobresaturación de la solución (líquido o sólido de acero) con los solutos (por ejemplo, Al y O) debido a la disolución de los aditivos de desoxidación (o de desulfuración de reactivos) o enfriamiento de la de metal. El proceso de nucleación se determina por la tensión superficial en el acero inclusión-líquido frontera. Cuanto menor es la tensión superficial, se requiere la sobresaturación más baja para la formación de los nuevos núcleos de fase. El proceso de nucleación es mucho más fácil en la presencia de otra fase (otras inclusiones) en la masa fundida. En este caso, la nueva formación de fase se determina por el ángulo de mojado entre un núcleo y la inclusión sustrato. Condiciones de humectación (bajo ángulo de humectación) son favorables para la nueva fase de nucleación. 2. Crecimiento Crecimiento de una inclusión separada continúa hasta que el equilibrio químico se consigue (sin sobresaturación). Crecimiento de las inclusiones en acero sólido es proceso muy lento por lo tanto, un cierto nivel de sobresaturación de no equilibrio puede ser retenido (por ejemplo, martensita). 3. La coalescencia y aglomeración Movimiento del acero fundido debido a la convección térmica o agitación forzada hace que las colisiones de las inclusiones, lo que puede resultar en su coalescencia (fusión de inclusiones líquidas) o aglomeración (fusión de inclusiones sólidas). El proceso de coalescencia / aglomeración es impulsado por el beneficio energético obtenido a partir de la disminución de la superficie límite entre la inclusión y el acero líquido. Inclusiones con mayor energía superficial tienen una mayor oportunidad de fusionar cuando chocan.
Grandes inclusiones floten más rápido que los más pequeños. Las inclusiones flotantes son absorbidos por la escoria. El proceso de flotación puede ser intensificado por agitación moderada. La agitación vigorosa dará lugar a romper las grandes inclusiones en pequeñas gotas / fragmentos. Las burbujas de gas se desplazan hacia arriba a través del acero fundido para promover la absorción de inclusiones flotantes y por la escoria. Blowing gas inerte en horno cuchara (LF) o de vacío de desgasificación cucharón de acero en resultado en la obtención de acero más limpio. Arriba Morfología de las inclusiones no metálicas ? Forma globular de las inclusiones es preferible ya que su efecto sobre las propiedades mecánicas del acero es moderada. Forma esférica de inclusiones globulares es un resultado de su formación en estado líquido a bajo contenido de aluminio. Ejemplos de inclusiones globulares son sulfuros de manganeso y oxisulfuros formados durante la solidificación en los espacios entre los brazos, aluminatos y silicatos de hierro dendríticas. ? Plaquetas en forma de inclusiones. Aceros desoxidados por el aluminio contienen sulfuros de manganeso y oxisulfuros en forma de películas delgadas (plaquetas) situados a lo largo de los bordes de grano de acero. Tales inclusiones se forman como resultado de la transformación eutéctica durante la solidificación. Inclusiones en forma de plaquetas son más indeseable. Ellos debilitan considerablemente los límites de grano y ejercen un efecto adverso sobre las propiedades mecánicas particularmente en el estado caliente (fragilidad en caliente). ? Dendrita en forma de inclusiones. Una cantidad excesiva de fuerte desoxidante (aluminio) resulta en la formación de inclusiones de óxidos y sulfuros en forma de dendritas (separadas y agregados). Estas inclusiones han punto de fusión mayor que la del acero. Bordes y las esquinas de las inclusiones en forma de dendritas afilados pueden causar concentración local de tensión interna, que disminuye considerablemente de la ductilidad, tenacidad y resistencia a la fatiga de la pieza de acero. ? Inclusiones poliédricos. Morfología de las inclusiones en forma de dendritas se puede mejorar mediante la adición (después de la desoxidación profunda por el aluminio) de pequeñas cantidades de tierra rara (Ce, La) o alcalinotérreos (Ca, Mg) elementos. Debido a su forma más globular inclusiones poliédricos ejercen un efecto menor sobre las propiedades del acero que forma inclusiones dendrita. Arriba Distribución de inclusiones no metálicas Además de la forma de las inclusiones no metálicas su distribución a lo largo de la estructura de grano de acero es un factor muy importante para determinar las propiedades mecánicas del acero.
? Distribución homogénea de pequeñas inclusiones es el tipo más deseable de distribución. En algunos aceros carburos o nitruros microscópicas homogéneamente distribuidos en el acero se crean por el propósito con el fin de aumentar la resistencia del acero. ? Ubicación de inclusiones a lo largo de los límites de grano no es deseable ya que este tipo de distribución debilita el metal. ? Los racimos de inclusiones también son desfavorables, ya que pueden resultar en estación local de las propiedades mecánicas tales como dureza y resistencia a la fatiga. Distribución de inclusiones no metálicas puede cambiar como resultado de la formación de metales (por ejemplo, a la rodadura). Inclusiones dúctil se deforman y alargada en la dirección de laminación. Las inclusiones menos dúctiles están rompiendo formando cadenas de fragmentos. Inclusiones alargadas y cadenas resultado la anisotropía de las propiedades mecánicas y otras. Las propiedades mecánicas en dirección transversal son menores que los paralela a la dirección de laminación.
