В данной статье речь пойдет о получении мелкого зерна сталей посредством раскисления алюминием, то есть о получении наследственно мелкозернистой стали.
“Под наследственной зернистостью сталей следует подразумевать склонность аустенитного зерна к росту”, а “наследственно мелкозернистой называется сталь, размер зерна которой соответствует 5-8 баллу” [1].
В стандарте BS 970 [2] сказано, что сталь обычно является мелкозернистой, если общее содержание алюминия превышает 0,018%. Хотя это не является постулатом, все же может служить в качестве ориентира для оценки наследственной зернистости стали по ее химическому составу.
Наиболее достоверное объяснение природы мелкозернистости предоставляет “теория барьеров”, описанная вкратце в учебнике А.П. Гуляева [1].
Алюминий, который вводят в жидкую сталь в незадолго до ее разливки, образует с азотом и кислородом, растворенным в жидкой стали, частицы нитридов и оксидов (AlN, Аl2O3). Эти соединения растворяются в жидкой стали, а затем после кристаллизации стали и последующего ее охлаждения выделяются в виде мельчайших частиц. Частицы располагаются, в основном, по границам зёрен как это показано на рис. 1, и таким образом препятствуют росту зерен, образуя барьер для миграции границ. В работе [3] большее внимание уделено именно нитридам алюминия AlN.
Рис. 1. Выделение мелких частиц по границам зерен: а – микрофотография, б – схематичное изображение
При повторном нагреве сталей, начиная с определенной температуры, наблюдается интенсивный рост зерна. Это происходит вследствие растворения тех самых частиц нитридов и оксидов алюминия, и вследствие этого устраняются барьеры, препятствующие росту зерна аустенита, и зерно начинает расти.
Также включения Al2O3 могут измельчать зерно стали, являясь центрами кристаллизации [4]: чем больше этих частиц равномерно распределено в жидкой стали, тем больше будет центров зарождения для новых кристаллов (новых зерен), а чем больше зерен, тем меньше будет их размер, т.к. рост зерен будет ограничен вследствие столкновения границ одного зерна с границами зёрен-соседей. В качестве кристаллизационных зародышей эти соединения алюминия служат также при отжиге, нормализации и закалке.
Чтобы отслеживать появление новых статей, рекомендую подписаться на обновления блога.
Ссылки
[1] Гуляев А.П. – Металловедение. М.: Металлургия, 1986, 544 с (стр. 212)
[2] BS 970-1: 1991 Specification for wrought steels for mechanical and allied engineering purposes
[3] G. Krauss – Steels: Processing, Structure And Performance, ASM International, 2005 (pp. 134-138)
[4] Х. Вашуль – «Практическая металлография», М: «Металлургия» , 1988, 320 с. (стр. 221)
Добавить комментарий