Неметалічні включення

Неметалі́чні вклю́чення — хімічні сполуки металів з неметалами, що знаходяться в сталі та сплавах у вигляді окремих фаз.

Неметалічні включення з'являються через цілий ряд фізико-хімічних явищ, що проходять у розплавленому та твердому металі в процесі його виробництва.

Усі неметалічні включення, що утворюються в результаті тих чи інших реакцій, що мають місце в процесі виробництва металу, зазвичай називають природними. До них відносять оксиди, сульфіди, нітриди та фосфіди.

Окрім природних включень в металі присутні також частинки шлаку, вогнетривів, матеріалів ливарної форми, тобто ті речовини, з якими метал безпосередньо контактує у виробництві. Такі неметалічні включення називають сторонніми, або випадковими.

Більшу частину включень в металі відновлюваної плавки складають включення, що утворилися в результаті зниження розчинності домішок при охолодженні та затвердінні металу. Окрім природних включень, в металі відновлюваної плавки присутні також сторонні включення.

Сучасний рівень технології виробництва сталі дозволяє значною мірою видалити із металу природні й сторонні включення. Однак їх загальний вміст у різних сталях коливається у широких межах й значно впливає на властивості металу.

Неметалічні включення розділяються за хімічним та мінералогічним складом, витривалості та походженню. За своїм хімічним складом неметалічні включення поділяються на такі групи:

1. Оксиди (прості — FeO, MnO, Cr₂O₃, SiO₂, Al₂O₃, TiO₂ та інші; складні — FeO·Fe₂O₃, FeO·Al₂O₃, FeO·Cr₂O₃, MgO·Al₂O₃, 2FeO·SiO₂ та інші);
2. Сульфіди (прості — FeS, MnS, Al₂S₃, CaS, MgS, Zr₂S₃ та інші; складні — FeS·FeO, MnS·MnO и др.);
3. Нітриди (прості — ZrN, TiN, AlN, CeN та інші; складні — Nb(C, N), V(c, N) та інші), що зустрічаються у легованих сталях, мають у своєму складі потужні нітридоутворюючі елементи: титан, Алюміній, Ванадій, Церій та інші;
4. Фосфіди (Fe₃P, Fe₂P и др.)

Найбільшу кількість включень у металі складають Оксиди та Сульфіди, бо вміст фосфору низький. Нітриди зазвичай присутні у спеціальних сталях, що містять елементи з високою спорідненістю до азоту.

За мінералогічним складом кисневі включення поділяються на такі основні групи:

1. вільні Оксиди — FeO, MnO, Cr₂O₃, SiO₂ (Кварц), Al₂O₃ (Корунд) та інші;
2. шпінелі — складні Оксиди, що створені дво- та трьовалентними металами. До цієї групи належать ферити, хроміти й алюмінати.
3. силікати, що присутні в сталі у вигляді скла, утворюються за допомогою чистого SiO₂ або SiO₂ із домішками у ньому оксидів заліза, марганцю, хрому, алюмінію, вольфраму, а також кристалічних силікатів. Силікати створюють найбільшу групу неметалічних включень. У рідкій сталі неметалічні включення знаходяться у твердому або рідкому стані в залежності від їх температури плавлення.

За витривалістю неметалічні включення поділяють на стійкі та нестійкі. До нестійких належать включення, що розчиняються у розбавлених кислотах не більш 10%-ної концентрації. Нестійкими є сульфіди заліза й марганцю, а також деякі вільні оксиди.

Сучасний рівень виробництва сталі дозволяє у значній мірі видалити з металу різні включення. Однак загальний їх вміст у різних сталях коливається в широких межах й значно впливає на властивості метала.

Сучасні способи виробництва сталі та сплавів не надають можливості отримати Метал, що не має неметалічних включень. Більша чи менша кількість включень існує у будь-якій сталі відповідно до її складу та умовами виробництва. Звичайно кількість неметалічних включень в сталі не перевищує 0,1%. Однак у зв'язку з їх малими розмірами кількість включень у металі дуже велика.

Неметалічні включення в сталі порушують однорідність її структури, тому їх вплив на механічні та інші властивості може бути значним. При деформації у процесі вальцювання, ковки, штамповки неметалічні включення, особливо неправильної форми з гострими краями та кутами, відіграють роль концентраторів напруги та можуть спричинити створення тріщин, що є осередком наступного руйнування сталі.

Вирішальне значення при вивченні впливу неметалічних включень на якість сталі мають їх властивості: розмір, форма, хімічні та фізичні характеристики, а також характер розташування по відношенню до зерна литого металу. Вказані властивості включень залежать від хімічного складу сталі, методу її виплавки й для заданої марки сталі можуть змінюватись у широких межах навіть для однакового способу її виробництва.

Дотепер для аналізу неметалічних включень розроблені та широко використовуються різні методи, що дозволяють з великою точністю визначити склад, структуру и вміст неметалічних включень у сталі й сплавах як з виділенням їх із металу, так і в твердому металі.

1. А.П. Гуляев. Металловедение. Учебник для ВУЗов. 6-е изд.,перераб. и дополн. – М: «Металлургия», 1986 – 544 с.
2. Н.А. Смирнов. Современные методы анализа и контроля продуктов производства. 2-е изд., дополн. и перераб. – М: «Металлургия», 1985 – 256 с.
3. Лаборатория металлографии/Под ред.Лившица Б.Г. – М: Гос. научно-техн. изд-во лит-ры по черной и цветной металлургии, 1957 – 696 с.

• Металург - щотижневик ВАТ «Міттал Стіл Кривий Ріг»
• Метали та сплави: Довідник (рос.)
• Сайт професійного інформаційного товариства металургів (англ.)