Inklúzie

Čistota ocele

Otázka čistoty ocele je priamo spätá s otázkou kvality plynule odlievaných polotovarov, ktorá musí bezpodmienečne spĺňať parametre požadovaného chemického zloženia, metalurgickú čistotu s kontrolovaným obsahom a morfológiou oxidických a sulfidických inklúzií, definovaný a kontrolovaný obsah plynov – H2, N2, O2, definovaný a kontrolovaný obsah sprievodných prvkov, nedefektný povrchový a vnútorný stav.

tab.vplyvu plynov na vlastnosti oceľových blokov

Čistotu ocele delíme podľa dvoch pohľadov:

1, Metalografická čistota – určujúcim faktorom je objemový podiel nekovových vtrúsenín

2, Chemická čistota – určujúci je obsah stopových a trampujúcich prvkov

Oceľ je zliatina železa s uhlíkom do 2,14 % a iných prvkov, ktoré sú do ocele vnášané vo forme dezoxidovadiel, legúr a modifikátorov. Všetky ostatné prvky sú považované za nečistoty. Ich členenie vyplýva z nasledujúcej tabuľky.

necistoty

tab. nečistôt v oceli

Nekovové inklúzie

Podľa pôvodu rozoznávame nekovové inklúzie exogénne a endogénne. Z chemického hľadiska rozoznávame inklúzie oxidické a sulfidické.

Exogénne inklúzie

Exogénne inklúzie alebo inklúzie náhodného charakteru sú do ocele vnášané pôsobením okolitého prostredia, v ktorom sa oceľ nachádza (žiaruvzdorné materiály, troska, liace prášky, atmosféra). Ich výskyt, tvar, rozmer a rozloženie v oceli sú náhodné a nepravidelné. Predstavujú veľké riziko pre tvárnenie oceľových blokov na potrebné tvarové zmeny. Sú veľmi nežiadúcou zložkou. Ich vznik je spojený ako dôsledok reaktívnosti ocele s nasledujúcimi materiálmi:

a, Žiaruvzdorný materiál – pracovná vrstva výmurovky pecného agregátu, liacej panvy a medzipanvy, ktorá je v styku s tekutou oceľou, vplyvom vysokej teploty mäkne a pri prúdení tekutej ocele dochádza k strhávaniu častíc žiaruvzdorného materiálu do ocele. Oxidy, z ktorých pozostáva žiaruvzdorný materiál, reagujú s niektorými prvkami alebo zlúčeninami z kovu, alebo trosky za vzniku nekovových zlúčenín, ktoré znečisťujú oceľ.

b, Medzipanvová troska – k veľkej emulgácii trosky do ocele dochádza pri intenzívnom miešaní kovu argónom v panve pri odsírení a homogenizácii. Oceľ však môže byť znečistená aj troskou z pecného agregátu, najmä ak dôjde k úniku väčšieho množstva pri odpichu. Pri plynulom odlievaní ocele môže dochádzať k strhávaniu medzipanvovej trosky do objemu kovu a tiež liaceho prášku v kryštalizátore.

c, Atmosféra – k sekundárnej oxidácii ocele dochádza pri styku tekutej ocele so vzduchom. Zdrojom znečistenia kovu kyslíkom sú nechránený prúd ocele, netesnosti v zariadeniach sekundárnej metalurgie a výtokových uzlov, netesnosti tieniacej trubice a ponornej výlevky v zariadení pre plynulé odlievanie ocele a aj pri nedostatočnom krytí krycej trosky v medzipanve (obr.4) a liaceho prášku v kryštalizátore.

Endogénne inklúzie

Endogénne inklúzie sú súčasťou oceľovej štruktúry, vznikli vnútornými procesmi, prebiehajúcimi v oceli z prvkov v nej obsiahnutých. Podľa pôvodu vzniku sa delia:

Primárne – vznikajú pri dezoxidácii ocele, aby v oceli neostala príliš vysoká aktivita kyslíka a pri tuhnutí ocele by dochádzalo k vysokému vývinu plynov a oceľ by bola pórovitá. Preto počas odpichu sa do ocele pridávajú dezoxidovadlá a pri tom sa vytvára tento typ inklúzií.

Sekundárne – tvoria sa počas odlievania ocele pri jej styku s okolitou atmosférou, alebo chemickými reakciami so žiaruvzdorným materiálom.

Terciárne – tvoria sa v čase, kedy sa rozpustnosť H, N, S v oceli prudko znižuje, teda pri prechode ocele z tekutého do tuhého stavu.

Precipitačné – vznikajú pod teplotou solidu a vylučujú sa na hraniciach zŕn a aj priamo v zrnách.

Typ	Podmienky vzniku inklúzií	Vzhľad inklúzií
I.	Vysoký obsah aktívneho kyslíka	Globulárne, heterogénne
II.	Kritický obsah aktívneho kyslíka	Ploché dendritické alebo ihlicovité tvary, trsy tyčiniek, v reze retiazky alebo eutektické útvary
III.	Nízky obsah aktívneho kyslíka	Polyedrické útvary, homogénne
IV.	Nízky obsah aktívneho kyslíka a prebytok dezoxidačného prvku	Zhluky veľmi jemných inklúzií

Oxidické inklúzie

Zloženie oxidických inklúzií odráža spôsob prípravy, dezoxidácie a zloženia ocele. Morfológia oxidických inklúzií je daná druhom a zbytkovým množstvom použitého dezoxidovadla. Zväčša ide o typy inklúzii xMnO.ySiO2.zAl2O3.

Sústava MnO – SiO2 – Al2O3

Korund Al2O3

Vyskytuje sa v oceli ako čistý oxid. Je tvrdý. Často kryštalizuje vo forme zhlukov. Vyskytuje sa pri dezoxidácii alebo znečistením z ŽM.

korund

Korund ako samostatná fáza, precipitujúca v matrici (Mn-oxidy – hliník – kremík)

korund

Korund a sklo Al2O3

mg spinel

Korund a Mg – spinel

Galaxit MnO.Al2O3

galax

Korund obklopený galaxitom v matrici mangánových silikátov
M – matrica, C – korund, G - galaxit

Rhodonit MnO.SiO2

rhodonit

M – matrica, Ct – kristobalit, R – rodonit

Sústava FexMn2 – xO – SiO2 – Al2O3

Fajalit 2FeO.SiO2

Vyskytuje sa v oceliach kde nie je MnO. Tvorí šedé doštičkovité útvary.

wustit

Wustit a fajalit v sklenej matrici kremičitanu železa
F – fajalit O - wustit

Escolait Cr2O3

escolait

Escolait Cr2O3 v chrómovom galaxite

Chrómový galaxit MnO.Cr2O3

cr galaxit

Sústava CaO - SiO2 - Al2O3

Vápenaté hlinitany

ca2

Vápenatý hlinitan CA2 a spinel

Sulfidické inklúzie

Síra je nežiadúci prvok a je stále prítomná v oceli. Jej rozpustnosť v tuhom železe je veľmi nízka a v roztavenom takmer neobmedzená. Morfológia sulfidov je v oceli daná druhom a množstvom zbytkového použitého dezoxidovadla. V závislosti od zbytkového hliníka sa mení tvar a zloženie inklúzií.