一.¿Qué son las inclusiones?
Las inclusiones no metálicas son una clase de componentes del acero que se forman durante la solidificación y el enfriamiento del acero y sufren una serie de cambios durante el procesamiento en frío y en caliente. Según su origen, las inclusiones suelen clasificarse en dos categorías: extrañas y endógenas, pudiendo también clasificarse según su capacidad de deformación, morfología y distribución. Esta sección presenta principalmente la clasificación por fuente. Según la capacidad de deformación de la atmósfera de inclusión no metálica, la inclusión frágil Al2O3, la inclusión plástica FeS, MnS y la inclusión no deformante, SiO2. Clasificación por morfología y distribución, Clase A, Clase B, Clase C, Clase D.
1.inclusión endógena
En el proceso de fundición del acero, la reacción de desoxidación producirá óxidos y otros productos, si estos productos no emergen antes de la solidificación del acero líquido, permanecerán en el acero;
Mn+FeO → Fe+MnO
Si+2FeO → SiO2+2Fe
2Al+3FeO → 3Fe+Al2O3
Ti+2FeO → 2Fe+TiO2
Las impurezas como oxígeno, azufre y nitrógeno disueltas en el acero líquido precipitan durante el enfriamiento y solidificación, o en la solución sólida, y finalmente permanecen en el lingote. Casi todos se convierten en óxidos, sulfuros, silicatos, etc. Estos compuestos se denominan inclusiones endógenas.
1) Óxidos: alúmina común, que es una pequeña inclusión frágil, insoluble y de alta dureza que se produce cuando se desoxida el aluminio. Se rompe durante el procesamiento en caliente y luego las pequeñas partículas se distribuyen en bandas a lo largo de la dirección de procesamiento, a veces varias bandas en paralelo. Estos óxidos en bandas reducen significativamente la resistencia a la fatiga del acero.
2) Sulfuro: tiene una alta plasticidad a altas temperaturas, puede extenderse con deformación durante el procesamiento en caliente, tiene una amplia gama de proporciones de forma de una sola inclusión gris, generalmente el extremo es redondeado. Son comunes el sulfuro ferroso, el sulfuro de manganeso, etc., el sulfuro reduce significativamente las propiedades transversales del acero.
3) Silicato: tiene alta plasticidad a altas temperaturas, se puede extender a lo largo de la dirección de procesamiento durante el procesamiento en caliente, la forma es rugosa y muestra forma de huso. La mayoría de ellas son inclusiones complejas.
4) nitruro: tiene un alto punto de fusión y dureza, no se deforma durante el procesamiento en caliente y muestra formas geométricas cuadradas o regulares bajo el microscopio.
5) inclusiones indeformables en forma de manchas: aún mantiene una forma redonda u ovalada más regular después del procesamiento en caliente.
La distribución de las inclusiones endógenas es relativamente uniforme y las partículas son pequeñas, y el funcionamiento correcto y medidas de proceso razonables pueden reducir su número y cambiar su composición, tamaño y distribución, pero generalmente es inevitable.
2.Inclusión exógena
La escoria suspendida en la superficie del acero fundido en el proceso de fundición y vertido, o los materiales refractarios u otras inclusiones que se desprenden de la pared interior del horno de fabricación de acero, la ranura de acero y la cuchara no se eliminan a tiempo antes de la solidificación del acero fundido, y Los materiales refractarios mixtos y las partículas de escoria cambian constantemente en composición y estructura mediante reacciones químicas con el acero fundido y se convierten en inclusiones extrañas en el acero. Es una inclusión producida por la interacción entre metales y sustancias externas durante el proceso de fundición.
Las características generales de tales inclusiones son forma irregular, tamaño relativamente grande e irregulares, también conocidas como inclusiones gruesas. Estas inclusiones se pueden evitar con un funcionamiento adecuado.
2.El efecto de las inclusiones no metálicas en el acero.
1.Desempeño del servicio
Las inclusiones no metálicas se distribuyen en la matriz del metal, al igual que muchos huecos de baja resistencia se distribuyen en el metal, y estos huecos fluirán con la deformación del metal bajo la acción de fuerzas externas, y los huecos formados por no -las inclusiones metálicas se estirarán y extenderán hasta formar grietas, por lo que afectará al comportamiento del proceso de fractura (plasticidad, tenacidad, comportamiento a fatiga, etc.). Las principales manifestaciones son:
Propiedades de fatiga ↓
Generalmente se cree que la inclusión es el origen de la falla por fatiga del acero. Las inclusiones frágiles con fuerza de unión débil y de gran tamaño y las inclusiones esféricas no deformables tienen una gran influencia en las propiedades de fatiga, y cuanto mayor es la resistencia, mayor es el daño, como se muestra en la FIG. 5. Para acero de alta resistencia, si la superficie del miembro está en buenas condiciones de procesamiento, el inicio de grietas a partir de inclusiones se convierte en el principal modo de agrietamiento por fatiga. Las inclusiones de tamaño pequeño pueden tener poco efecto sobre la formación de grietas, pero son beneficiosas para la propagación de grietas por fatiga.
Las inclusiones no metálicas se distribuyen en la matriz del metal, al igual que muchos huecos de baja resistencia se distribuyen en el metal, y estos huecos fluirán con la deformación del metal bajo la acción de fuerzas externas, y los huecos formados por no -las inclusiones metálicas se estirarán y extenderán hasta formar grietas, por lo que afectará al comportamiento del proceso de fractura (plasticidad, tenacidad, comportamiento a fatiga, etc.). Las principales manifestaciones son:
Propiedades de fatiga
Dureza al impacto Plasticidad
La existencia de inclusiones no metálicas juega un papel importante en la calidad del acero y sus productos. La inclusión de sulfuro provoca la fragilidad del acero en caliente. En el estado frío del acero, estas inclusiones afectan su resistencia y ductilidad. Algunas inclusiones angulares duras obviamente reducen la contracción de la sección del acero. Las inclusiones no metálicas tienen un mayor impacto en la resistencia a la tracción del acero, la fractura del acero excelente es la fractura plástica, cuando hay inclusiones en la agregación de acero o inclusiones a lo largo de la distribución del límite de grano, la fractura a menudo comienza desde estos lugares, por lo que la resistencia es drásticamente reducido.
2.propiedad de procesamiento
1) En el proceso de forjado y trabajo en frío, enfriamiento, calentamiento y soldadura, debido a que la inclusión destruye la continuidad de la estructura de acero, una vez que se supera la tensión de tracción o la tensión de corte, el producto de acero se agrietará a lo largo de la distribución de las inclusiones.
2) Se reducen la calidad de la superficie después del laminado y la rugosidad de la superficie de las piezas después del rectificado.
3.Fuerza, influencia de elongación.
When the inclusion particles are relatively large (>10μm), especialmente cuando el contenido de inclusión es bajo. El límite elástico y la resistencia a la tracción del acero disminuyen obviamente. Cuando las partículas de inclusión son pequeñas hasta cierto tamaño (< 10μm), the yield strength and tensile strength of the steel will be increased. When the number of small particles dispersed in the steel inclusions increases. The yield strength and tensile strength of steel are increased, but the elongation has a small decrease.
3.Clasificación cuantitativa de inclusiones no metálicas.
Durante la clasificación de inclusiones no metálicas en el acero, generalmente se utilizarán equipos como microscopía óptica, microscopía electrónica de barrido y espectrómetro de energía para identificar los tipos de inclusiones no metálicas en el acero de acuerdo con las características ópticas y morfológicas de los no metálicos. inclusiones y evaluar el nivel de inclusiones con referencia a las normas pertinentes (generalmente de acuerdo con GB/T 10561-2005 "Determinación del contenido de inclusiones no metálicas en el acero"), combinado con los resultados del análisis cualitativo y cuantitativo del espectro de composición de inclusiones. , determine con precisión la composición y la fuente de inclusión, para que la fundición continua de acero mejore el proceso de producción, reduzca la cantidad de inclusiones dañinas, mejore la pureza del acero y produzca acero de alta calidad para proporcionar una base científica.
La determinación cuantitativa es uno de los elementos de inspección de rutina del acero de alta calidad y del acero de alta calidad. Con la condición de que se conozca el tipo de inclusiones, se utiliza el método de comparación de grados estándar para juzgar la calidad del acero.
El estándar GB/T {{0}} "Determinación del contenido de inclusiones no metálicas en el acero" estipula que el área real es 0.5 mm2 y el campo de visión real es de 0,71 mm2 de campo cuadrado. de vista.
Clasificación estándar JK: las inclusiones se dividen en cuatro tipos básicos A, B, C y D, que son sulfuros, alúmina, silicatos y óxidos esféricos.
Según la morfología y distribución de las inclusiones, los espectros estándar se dividen en cinco categorías: A, B, C, D y DS. Cada tipo de inclusiones se divide en 0.5, 1, 1,5, 2, 2,5, 3, un total de seis grados, cuanto mayor es el número de grados, lo que indica que cuanto mayor es el número de inclusiones, mayor es el tamaño . En la norma GB/T 10561 "Determinación del contenido de inclusiones no metálicas en el acero", también hay disposiciones relevantes para el espacio entre dos inclusiones para evitar la evaluación errónea de múltiples inclusiones del mismo tipo que aparecen en el mismo campo de visión.
Clase A (sulfuros): Una única inclusión gris con alta ductilidad y una amplia gama de relaciones de forma, que generalmente tiene extremos redondeados.