بخشی از مقاله
چکیده
در این تحقیق، تاثیر اکسیژنزدایی سیلیکو منگنز مذاب بر محتوی اکسیژن کل و نوع ناخالصیهای غیرفلزی تشکیلشده در مذاب فولادهای ساختمانی کمکربن تولید شده در کورههای القایی، فرکانس متوسط 20 تن بررسی شدند. با کنترل اکسیژن مذاب در مراحل مختلف تولید، میتوان تمیزی فولاد را تضمین کرد. شناسایی ناخالصیها، اطلاع از منابع آنها و تاثیر آنها بر خواص مکانیکی فولاد بسیار حائز اهمیت است. خواص مکانیکی فولادها مستقیما وابسته پارامترهای هندسی - شکل، تعداد، اندازه، توزیع و کسر حجمی - و مشخصه - خواص حرارتی و الاستیکی - آخال میباشد. به این منظور نمونههای تولید شده در مراحل مختلف تولید، متالوگرافی شدند و بررسیهای میکروسکوپ نوری و الکترونی روبشی مجهز به طیفنگار تفکیک انرژی انجام شد. برای تعیین مشخصههای آخال از نرمافزار پردازش تصویر MIP استفاده شد و جهت بررسی تاثیر این ناخالصیها بر خواص مکانیکی فولادهای ساختمانی کم کربن، تستهای خواص مکانیکی کشش و ضربه بر روی محصول نهایی در دو جهت عرضی و طولی نورد انجام شد. تاثیر ناخالصیها بر تخریب چقرمگی شکست فولاد به نسبت استحکام تسلیم و درصد افزایش طول بیشتر است همچنین ماکزیمم استحکام کششی در برابر استحکام تسلیم کمتر تحت تاثیر ناخالصی ها میباشد.
واژه کلیدی : ناخالصیهای غیرفلزی، فولاد ساختمانی، اکسیژنزدایی، سیلیکومنگنز،خواص مکانیکی، فولاد تمیز
مقدمه
واژه فولادهای ساختمانی عموماً برای شناسایی فولادهای C-Mn بکاربرده می شود که ریزساختار فریتی- پرلیتی دارند. برای تولید فولاد تمیز، کنترل محتوی اکسیژن کل - اکسیژن محلول و اکسیژن ناخالصی های اکسیدی - و کنترل فاکتورهای هندسی و مشخصههای انواع آخالهای اکسیدی و سولفیدی بسیار مهم است.[1] این عمل تابعی از دما، اکسیژنزدا و ترکیب شیمیایی فولاد مذاب است. فولادهای تجاری معمولا شامل عناصری مانند منگنز، سیلیسیم و مقدار کمی از ناخالصی1ها همانند فسفر و گوگرد هستند. آهن مذاب مقادیر زیادی کربن، منگنز، سیلیسیم، فسفر و گوگرد حل شده دارد که در طی فولادسازی مقدار اضافی این عناصر گرفته میشوند که یک فرآیند اکسیداسیون میباشد. انحلالپذیری اکسیژن در فولاد جامد بطور جزئی کم است بنابراین در طی انجماد فولاد مایع، اکسیژن اضافی توسط فلز منجمد شده پس زده میشود. این اکسیژن اضافی از طریق واکنش با عناصر آلیاژی عیوب را در نتیجه تشکیل ریزمکهای ابتدایی - CO - و ناخالصیهای اکسیدی - - FeO-MnO-SiO2-Al2O3 ایجاد میکند.[2] بنابراین سطح اکسیژن حل شده در فولاد مذاب با تشکیلدهندهای اکسیدهای قوی همانند Mn, Si, Al, Ca در پاتیل کاهش مییابد. - فرومنگنز، فروسیلیسم، سیلیکومنگنز، سیلیکاتکلسیم و آلومینیم - تحت عنوان اکسیژنزدا2 شناخته میشوند.
ناخالصیها میتوانند به عنوان غیر فلزات و در برخی موارد به عنوان فازهای بینفلزی احاطه شده در یک زمینه فلزی باشند. وجود آنها میتواند از واکنش مواد با همدیگر و یا واکنش شیمیایی مواد و فلز مذاب و یا واکنش با عناصر غیرفلزی مانند اکسیژن که اصطلاحا تشکیل ناخالصی غیر فلزی میدهند، منشاء گیرد.[3] بیشتر ناخالصیهای غیرفلزی اکسیدی - - Al2O3 – MnO – SiO2 –CaO، سولفیدی - - MnS، اکسیسولفیدی و سیلیکاتی میباشند. اکثر ناخالصیهای غیرفلزی در فاز اکسیژنزدایی فولاد مذاب کوره پاتیلی تشکیل می شوند. هنگامیکه این ذرات توسط سرباره حبس نمی-شوند، در فولاد منجمد شده و خواص مکانیکی را تخریب میکنند.[4] بدست آوردن یک فولاد با کیفیت خوب وابسته به کنترل ترکیب فلز مذاب، سرباره، دما و عمدتا محتوی اکسیژن در مرحله اکسیداسیون فولاد است.[5]
این ناخالصی های غیرفلزی در مرحله ریختهگری و شکلدهی گرم برای خواص مکانیکی هر نوع فلزی مضر میباشد و به عنوان افزایش دهنده تنش عمل میکنند و خواص فولاد وابسته به هندسه - شکل، اندازه، ترکیب شیمیایی و توزیع - و مشخصه - قابلیت تغییرشکل، مدول الاستیک و ضرایب انبساط حرارتی - ناخالصی میباشد.[6] بنابراین تعیین منشاء انواع آخالها و کنترل تشکیل آنها به منظور تولید یک فولاد کیفی تمیز بسیار با اهمیت است.[7] هدف این تحقیق ابتدا بررسی افزودن اکسیژنزدا به مذاب و تاثیر آن بر محتوی اکسیژن کل و نوع ناخالصی تشکیل شده میباشد. و سپس تاثیر ترکیب شیمیایی مذاب بر خواص مکانیکی از جمله خواص کششی و مقاومت به ضربه فولادهای ساختمانی تولید شده در شرایط نورد گرم از شمشهای ریختهگری پیوسته - ccm - است که فولاد مذاب آنها از طریق ذوب قراضه و آهن اسفنجی در کورههای القایی فرکانس متوسط 20 تن بدست میآید.
