Наследственная мелкозернистость сталей

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)

 

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Рубрика: Легирование, Металлография. Метки: , . Добавьте постоянную ссылку на эту страницу в закладки.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *