В современном сталеплавильном производстве контроль содержания микроэлементов имеет решающее значение для обеспечения качества стальных заготовок и стабильности последующих процессов прокатки. Олово (Sn), распространённая примесь при производстве стали из лома, может значительно снизить пластичность стали в горячем состоянии при избыточном содержании, что приводит к горячеломкости и растрескиванию при нагревании или деформации заготовок.
1. Механизмы красноломкости, вызываемой оловом
(1) Сегрегация по границам зерен ослабляет сцепление
При высоких температурах олово имеет тенденцию к сегрегации по границам зерен аустенита. Эта сегрегация снижает поверхностную энергию и сцепление между зернами, ускоряя зарождение и рост микропустот. В результате заготовка становится более склонной к образованию межзеренных трещин при горячей обработке.
(2) Подавление миграции границ зерен и динамической рекристаллизации
Олово препятствует миграции границ зерен и замедляет динамическую рекристаллизацию — два процесса, которые обычно способствуют устранению пустот и восстановлению пластичности. Экспериментальные данные показывают, что стали с низким содержанием олова могут восстановить пластичность в горячем состоянии при температуре около 950 °C, в то время как стали с высоким содержанием олова требуют нагрева примерно до 1000 °C из-за замедленной рекристаллизации, вызванной сегрегацией олова.
(3) Образование легкоплавких сплавов Cu–Sn
Олово также снижает растворимость меди в аустените. Оба элемента могут сегрегировать на границе раздела между оксидной окалиной и стальной матрицей, образуя легкоплавкие сплавы Cu–Sn. Эти жидкие фазы проникают через границы зерен под действием напряжения, что приводит к образованию межзеренных трещин и дальнейшему снижению пластичности стали в горячем состоянии.
2. Можно ли удалить олово при выплавке стали в электропечах?
В настоящее время ни конвертерная, ни дуговая сталеплавильная печь не позволяют эффективно удалять олово. Олово термодинамически стабильно и имеет низкое давление паров, что затрудняет его окисление, улетучивание и переход в шлак при температурах выплавки стали.
Поэтому наиболее эффективным подходом является контроль сырья — минимизация использования стального лома с высоким содержанием олова и оптимизация смешивания лома для предотвращения чрезмерного накопления олова во время плавки.
3. Заключение
Избыток олова является одним из основных факторов, вызывающих горячеломкость стальных заготовок. Олово, вызывая сегрегацию по границам зерен, ингибируя рекристаллизацию и образуя легкоплавкие сплавы, значительно снижает высокотемпературную пластичность стали.
Поскольку электросталеплавильный метод не позволяет эффективно удалять олово, строгий контроль сырья и параметров процесса остается залогом качества заготовок и стабильных производственных показателей.
