Источники кислорода
В процессе производства стали расплавленная сталь содержит определенное количество кислорода. Кислород намеренно подается в процессе производства для облегчения окисления и удаления примесей, таких как фосфор (P), сера (S), кремний (Si) и углерод (C). Несмотря на различия в процессах производства стали, соотношение между углеродом (C) и кислородом (O) в ванне расплавленной стали следует последовательной схеме: по мере постепенного уменьшения содержания углерода содержание кислорода соответственно увеличивается, поддерживая сбалансированное равновесие.
Формы кислорода
Кислород существует в стали как в связанном, так и в свободном состоянии. Обычно свободное состояние минимально, в то время как связанное состояние в основном включает такие соединения, как Fe₂O₃, Fe₃O₄, FeO, металлические оксидные включения, силикаты, алюминаты, оксисульфиды и подобные неметаллические включения.
Воздействие кислорода
Как и водород, кислород отрицательно влияет на механические свойства стали. Его влияние определяется не только его концентрацией, но и количеством, типом и распределением кислородсодержащих включений. Эти включения состоят из металлических оксидов, силикатов, алюминатов, оксисульфидов и подобных соединений.
Раскисление необходимо при производстве стали, поскольку во время затвердевания кислород в расплавленной стали реагирует с углеродом, образуя оксид углерода (CO), что может привести к газовой пористости. Кроме того, во время охлаждения кислород может осаждаться в виде FeO, MnO и других окисленных включений, что снижает термическую и холодную обрабатываемость стали, пластичность, вязкость, усталостную прочность и общие механические свойства.
Кроме того, присутствие кислорода, азота и углерода может вызвать старение — спонтанное увеличение твердости при комнатной температуре. Для чугуна оксиды, образующиеся во время затвердевания, могут реагировать с углеродом, что приводит к пористости и охрупчиванию конечного продукта.
