078 3

Wtrącenia niemetaliczne są zbiorami cząstek: składających się z jednej lub kilku faz niemetalicznych, rozmieszczonych w całej objętości stalowego wlewka. Większość wtrąceń niemetalicznych powstaje w procesie metalurgicznym w wyniku reakcji siarki i tlenu z metalicznymi składnikami ciekłej stali. Każdą cząstkę oraz ich zbiór jako całość można opisać za pomocą kilku podstawowych cech, do których można zaliczyć: skład chemiczny i fazowy, budowę krystaliczną, ich geometrię oraz właściwości fizyczne. Ze względu na dużą różnorodność technologii wytwarzania stali oraz zmienność warunków fizykochemicznych w ciekłym metalu, wynikowe parametry określające zbiór wtrąceń niemetalicznych podlegają fluktuacjom. W konsekwencji utrudnia to jednoznaczne ustalenie kryterium podziału wtrąceń niemetalicznych .

Występowanie wtrąceń niemetalicznych w stali jest wynikiem złożonych zjawisk zachodzących w procesie wytapiania oraz krystalizacji ciekłego metalu. Bardzo rozpowszechniony jest podział wtrąceń niemetalicznych ze względu na ich pochodzenie na cząstki egzogeniczne (cząstki materiałów ogniotrwałych lub żużla) i endogeniczne (produkty reakcji składników stali). Wtrąceniami egzogenicznymi są wtrącenia o złożonym zwykle składzie chemicznym, jak: krzemiany, aluminaty, spinele. Stanowią one małą część ogólnej ilości wtrąceń i można ich uniknąć stosując odpowiednią technologię wytwarzania stali. Do grupy wtrąceń endogenicznych, które są efektem odtleniania lub odsiarczania stali, zaliczamy tlenki żelaza lub metali o większym powinowactwie do tlenu niż żelazo, wprowadzonych do stali w charakterze odtleniaczy (Si0₂, A1_?0₃, MnO), azotki aluminium, tytanu lub wanadu oraz siarczki , które zawierają zawsze mangan (Mn, Fe)S. Podział ten jest jednak niejednoznaczny, gdyż cząstki pochodzenia egzogenicznego reagują ze składnikami ciekłej stali, co powoduje zmianę ich pierwotnego składu i utworzenie w konsekwencji wtrąceń niemetalicznych o budowie mieszanej,

Własności fizyczne wtrąceń niemetalicznych oraz ich parametry geometryczne są powszechnie stosowanymi kryteriami podziału i przede wszystkim służą jako cechy jakościowe identyfikacyjne. Na geometrycznych właściwościach wtrąceń niemetalicznych, takich jak: kształt, wielkość oraz sposób rozmieszczenia oparto w wielu krajach normy porównawcze określające stopień zanieczyszczenia stali wtrąceniami niemetalicznymi, np. PN-64/H-04510, DIN 50 602, ISO 4967.

Udział wtrąceń niemetalicznych w stali jest stosunkowo niewielki. Pomimo tego wpływają one w znaczący sposób na ich własności. Ich wpływ zależy od kształtu, wymiarów i równomierności rozkładu. W czasie przeróbki plastycznej wtrącenia niemetaliczne wydłużają się, co jest powodem anizotropii własności mechanicznych. Odkształcalność wtrąceń zależy od ich rodzaju i temperatury. Na przykład tlenki glinu nie odkształcają się zupełnie, podczas gdy tlenki i siarczki żelaza oraz manganu odkształcają się stosunkowo łatwo przy niższych temperaturach podczas przeróbki plastycznej na gorąco. Twarde wtrącenia A1₂0₃ powodują szybkie tępienie narzędzi, natomiast wtrącenia siarczkowe poprawiają skrawalność.

9.3. Skład chemiczny i fazowy wtrąceń niemetalicznych

Prowadzone od szeregu lat badania pozwoliły sklasyfikować wtrącenia niemetaliczne, uwzględniając ich skład chemiczny

Mr

i budowę fazową. Podziału wtrąceń niemetalicznych dokonano na podstawie założenia, że cząstki niemetaliczne powstają w ciekłej stali w wyniku reakcji dwóch domieszek szkodliwych, a więc siarki i tlenu na dwie grupy:

a)    tlenkowe wtrącenia niemetaliczne,

b)    siarczkowe wtrącenia niemetaliczne.

Większość tlenkowych wtrąceń niemetalicznych można zaliczyć do pseudopotrójnego układu, którego składniki w ogólnej postaci określone są wzorem A0-Si0,-B₂0₃, gdzie: A - Ca, Fe, Mg lub Mn, zaś B - Al lub Cr. Badania składu chemicznego wtrąceń przeprowadzone na wielu gatunkach stali węglowej wykazały, że istotne znaczenie mają następujące układy:

a)    Fe0-Si0₂-Mn0,

b)    Mn0-Si0₂-Al₂0₃,

149