Металлические жидкости - проблемы и гипотезы

Баум Б.А.

Наука, 1979 г.

О РОЛИ ОБЫЧНО НЕКОНТРОЛИРУЕМЫХ ПРИМЕСЕЙ

В технических сталях, а также в особо чистых прецизионных сплавах, помимо строго контролируемых примесей (S, Р, О, неметаллические включения и т. п.), как правило, присутствуют и такие (Sn, Pb, Sb и др.), содержание которых обычно не определяется. Возможным различием их концентраций нередко стремятся объяснить наблюдаемые на практике случаи заметного влияния исходных материалов и технологических особенностей выплавки на свойства жидкой стали. В связи с этим интересно выяснить, какие из неконтролируемых элементов могут устойчиво присутствовать и накапливаться в сплавах на основе железа и каково их действие на физические свойства этих жидких сплавов.

Присутствие того или иного элемента в стали определяется такими его физико-химическими характеристиками, как температура кипения, растворимость в основных компонентах стали, способность образовывать химические соединения с этими компонентами и сродство к кислороду. Анализ этих данных приводит к выводу о том, что в промышленных нелегированных сталях могут присутствовать лишь следующие обычно неконтролируемые примеси: Zn, Sn, Pb, As, Sb, Se, Те, Ge.  

В легированных хромом и никелем сталях могут находиться также Bi, Cd, Са, Mg, причем два последних — только при содержании алюминия или титана свыше 0,5%.

Известно, что при плавке в вакууме в течение около 40 мин наиболее полно, до 10^-4% и ниже, способны удаляться из расплава свинец и висмут. Несколько хуже — сурьма и олово. С большим трудом удаляется мышьяк. На скорость процесса удаления этих примесей сильное влияние оказывает состав расплава, его температура и интенсивность перемешивания. В инертной атмосфере при нормальном давлении из железа удаляются только свинец и висмут, в сплавах же с никелем концентрация примесей в этих условиях практически не изменяется.

Аналогами большинства перечисленных примесных элементов, наиболее сильно действующими на свойства расплавов, являются фосфор, сера и кремний. Есть основания считать, что названные обычно неконтролируемые примеси влияют на свойства расплавов не слабее своих аналогов. Однако, учитывая весьма низкие их концентрации и результаты некоторых предварительных опытов (см. ниже, гл. 4), следует подчеркнуть, что без проведения специальных исследований нельзя приписывать им решающую роль в формировании свойств жидких сплавов как приготовленных в лаборатории, так и промышленных. Вопрос о подобных систематических исследованиях давно назрел.

Малое количество в земной коре и большая рассеянность элементов подгруппы актиния, а также радия, технеция, рения, рутения, палладия, осмия, иридия, серебра, золота и платины предполагают ничтожно низкую вероятность попадания их в стали и сплавы. Однако и этот вопрос требует дальнейшего изучения.