Las fases no metálicas que no se pueden eliminar después del procesamiento o tratamiento térmico, como óxidos, sulfuros, nitruros, etc., que se producen o mezclan en el proceso de fundición y colada y no tienen conexión con la matriz de acero y existen de forma independiente, se denominan colectivamente inclusiones no metálicas, también llamadas inclusiones. Aunque Fe, Mn, Cr, Al, Ti, etc. son elementos metálicos, pierden sus propiedades metálicas después de formar compuestos con O, S, N, etc. Las inclusiones no metálicas en el acero se refieren principalmente a dichos compuestos. Debido a su existencia, la continuidad de la matriz de acero se destruye, la estructura del acero es desigual y las diversas propiedades del acero se ven afectadas. Sin embargo, tiene sus ventajas en el control del tamaño de grano intrínseco, produciendo endurecimiento por precipitación y mejorando el rendimiento de corte.
Fuentes de inclusiones no metálicas
Las fuentes de inclusiones no metálicas en el acero son principalmente las siguientes:
- Contaminantes en las materias primas. Los contaminantes en las materias primas se refieren principalmente a impurezas presentes en el acero o las ferroaleaciones, ganga presente en los minerales, etc.
- Productos de reacción durante la fundición y el colado. Los productos de reacción del acero fundido en el horno, la cuchara y el proceso de colada son las principales fuentes de inclusiones no metálicas en el acero.
- Inclusiones aportadas por materiales refractarios. Los materiales refractarios utilizados en la fabricación de acero contienen óxidos de Mg, Ca, Si, Al y Fe. Desde la fundición en el horno, pasando por la sangría hasta el vertido, el acero fundido entra en contacto con los materiales refractarios, lo que provoca erosión química, mecánica y a altas temperaturas. Generalmente, el MgO en el acero representa más del 5% de las inclusiones totales, principalmente debido a este factor.
- Inclusiones de gotas de escoria emulsionada. Además de la colada excéntrica o en el fondo del horno, es común que se mezclen escoria y acero durante la colada. En ocasiones, también es deseable mezclar escoria y acero para una mayor desoxidación y desulfuración; si el trabajo de adhesión es considerable, la escoria y el acero no se separan fácilmente, y es fácil que aparezcan inclusiones de gotas de escoria emulsionada en el acero.
- Otras fuentes de inclusiones en el acero. Durante el colado y el vertido, la parte superior de la tapa del horno, la artesa de colado o la cuchara, y el sistema de vertido no se limpian, y la mezcla mecánica de diversas partículas de polvo también facilita la formación de inclusiones en el cilindro. Además, la película de óxido o escoria protectora que aparece en la superficie del acero fundido durante el vertido tiene una alta densidad, un punto de fusión alto o una baja capacidad para capturar y adsorber inclusiones, lo que también aumenta la presencia de partículas grandes en el acero. Por lo tanto, en el proceso de producción de acero para hornos eléctricos, para reducir el contenido de inclusiones, debemos realizar una limpieza exhaustiva.
Clasificación de inclusiones no metálicas
Clasificación según la composición de inclusiones
- Inclusiones de oxidación. Los óxidos simples incluyen FeO, Fe₂O₃, MnO, SiO₂, Al₂O₃, Cr₂O₃ y TiO₂; los óxidos complejos incluyen espinelas y diversos aluminatos de calcio.
- Inclusiones de sulfuros. Se refiere principalmente al sulfuro de hierro FeS y al sulfuro de manganeso MnS, así como a sus soluciones sólidas (Mn·Fe)S. También se incluyen sulfuros de calcio CaS, etc. Al añadir tierras raras al acero, se pueden generar los correspondientes sulfuros de tierras raras. En aceros aleados, a veces se encuentran sulfuros que contienen elementos de aleación de este acero.
- Inclusiones de nitruración. Cuando se añaden al acero elementos como Al, Ti, Nb, V y Th con alta afinidad por el nitrógeno, se generan los nitruros correspondientes. Los nitruros insolubles o casi insolubles en la austenita, que forman sus propias formas fijas en el acero, se suelen considerar inclusiones de nitruro. El TiN es el más común, mientras que el AlN es fino y disperso, presenta muchos efectos beneficiosos en el acero y generalmente no se considera una inclusión.
- Inclusiones de fosfato. El fósforo es muy soluble en el hierro, pero su contenido en el acero para hornos eléctricos es muy bajo, por lo que generalmente no se observan inclusiones de fósforo, que solo aparecen ocasionalmente en el acero con alto contenido de manganeso.
