Коротко
Для стальных отливок важны водород, азот и кислород. Водород и азот могут выделяться при охлаждении, кислород связан с раскислением и оксидными включениями.
Источники
| Источник | Газ/продукт | Механизм |
|---|---|---|
| Влага шихты/ковша | H | поступление водорода |
| Атмосфера | N/O | контакт с воздухом |
| Влажная форма | H/O-содержащие газы | реакция металл–форма |
| Недораскисление | O | оксиды |
| Турбулентность | воздух/оксиды | захват поверхности |
Таблицу можно прокручивать по горизонтали →
Растворимость
Растворимость газов в жидком металле обычно выше, чем в твёрдом. При кристаллизации избыток может участвовать в образовании пор в зависимости от состава, давления и условий зарождения.
Раскисление
Кислород связывают раскислителями, но продукты реакции должны всплыть или уйти в шлак. Иначе газовая проблема превращается в проблему включений.
Диагностика
| Признак | Механизм | Проверить |
|---|---|---|
| Мелкие округлые поры | газ | анализ газов/форму |
| Поры у стержня | газ стержня | сушку/вентиляцию |
| Поры по всей партии | металл | раскисление |
| Плёнчатые оксиды | турбулентность | gating |
| Дендритные пустоты | усадка | питание |
Таблицу можно прокручивать по горизонтали →
Практический принцип
Вакуум или дегазация не заменяют чистую заливку: после обработки металл можно снова насытить газом и оксидами при турбулентном переливе.
Растворённый газ и захваченный пузырь
Водород и азот в стали контролируют как растворённые элементы; кислород рассматривают через растворённую часть и оксидные продукты. Газ, уже захваченный струёй или выделенный стержнем, представляет другой источник поры. Поэтому химический анализ металла не описывает автоматически все газовые дефекты формы. Сходная пористость может появляться при разных сочетаниях газообразования, охлаждения и локального давления.
Переход растворённого газа в пору зависит от состава, температуры, давления и условий зарождения пузырька. Формулировка «избыток обязательно выходит или образует пору» слишком категорична: часть элемента может остаться в твёрдом растворе или связаться в соединения. Кислород в сочетании с углеродом способен участвовать в образовании CO; это отличается от оксидных включений и от выделения водорода.
План отбора проб
Чтобы установить этап загрязнения, отбирают сопоставимые пробы перед обработкой, после неё и перед заливкой. Метод отбора должен минимизировать контакт с воздухом и обеспечивать представительность. Результаты в ppm сравнивают только при одинаковой базе измерения и учёте погрешности. Содержание общего кислорода и растворённого кислорода нельзя подставлять друг вместо друга в оценку раскисления.
Условно, уменьшение водорода с 6 до 3 ppm означает снижение на 50%, но не доказывает отсутствие пор. Эти значения не являются критериями годности стали. Допустимое содержание устанавливают для конкретной марки и изделия; одновременно проверяют форму, стержни и последующее обращение с металлом. Низкий результат одной пробы не исключает повторного поступления газа позже.
Промышленное вакуумирование выбирают по оборудованию и требуемой химии. Аргонное перемешивание помогает гомогенизации и удалению включений, но не равно вакуумной обработке. Удаление азота зависит от кинетики и состояния поверхности; обещание одинакового удаления H, N и O одной операцией некорректно. После обработки защищают перелив и контролируют фактическую температуру, чтобы улучшение чистоты не сопровождалось недоливом.
Для массового анализа 1 ppm означает массовую долю 10⁻⁶, то есть 1 мг элемента на 1 кг пробы; это не объёмная доля газа.
Первичные источники
- SMS group: Secondary metallurgy — Описание промышленных процессов RH, VD и VOD; применимость зависит от оборудования и марки стали.
- Foseco: Pinholes — Производитель описывает сходный внешний вид пор при разных источниках газа; без универсального порога содержания.