Модифицирование и микролегирование стали для отливок и слитков

| В. А. Голубцов |




МОДИФИЦИРОВАНИЕ И МИКРОЛЕГИРОВАНИЕ СТАЛИ ДЛЯ ОТЛИВОК И СЛИТКОВ


Монография


















Москва Вологда «Инфра-Инженерия» 2023

УДК669.18
ББК 34.327
Г62

Рецензент:
доктор технических наук, профессор В. В. Лунёв





    Голубцов, В. А.
Г62 Модифицирование и микролегирование стали для отливок и слитков : монография / В. А. Голубцов^ - Москва ; Вологда : ИнфраИнженерия, 2023. - 356 с. : ил., табл.
          ISBN978-5-9729-1217-9


          Приведены теоретические сведения о процессах раскисления, модифицирования и микролегирования стали, о влиянии различных примесей, неизбежно находящихся в стали, на её качество. Освещены методы удаления и дезактивации вредных примесей металла. Обобщён опыт отечественных заводов по улучшению качества литых изделий из стали методами микролегирования и модифицирования. Приводятся примеры использования модификатора нового поколения.
          Для научных и инженерно-технических работников, занимающихся вопросами сталелитейного производства. Может быть полезно студентам вузов металлургических специальностей.

УДК 669.18
ББК 34.327












ISBN 978-5-9729-1217-9

© [Голубцов В.А^2023
     © Издательство «Инфра-Инженерия», 2023
                           © Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2023

ОГЛАВЛЕНИЕ


Предисловие. Научные и технологические аспекты модифицирования стального литья......................................5
Глава 1. Влияние примесей на качество стали.........................12
  1.1. Кислород и оксидные включения................................12
  1.2. Сера и сульфиды..............................................13
  1.3. Фосфор в стали...............................................20
  1.4. Азот и нитриды...............................................24
  1.5. 0 влиянии водорода на свойства металла.........................37
  1.6. 0 влиянии примесей цветных металлов (Си, Pb, Bi, Sn, Sb, As).43
  1.7. Неметаллические включения: происхождение и влияние на качество металла...........................................................55
  1.8. Физические, механические и физико-химические свойства неметаллических включений.........................................61
    1.8.1. Плотность, температура плавления и твёрдость.............61
    1.8.2. Модуль упругости Юнга и коэффициент Пуассона.............62
    1.8.3. Поверхностные свойства и смачиваемость...................62
    1.8.4. Термодинамика образования соединений.....................65
  1.9. Поведение неметаллических включений при кристаллизации стали.67
  1.10. 0 коэффициентах термического расширения неметаллических включений.........................................................72
Глава 2. Материалы для модифицирования и микролегирования стали.....79
  2.1. Алюминий.....................................................79
  2.2. Кальций......................................................82
  2.3. Магний.......................................................89
  2.4. Барий........................................................92
  2.5. Стронций....................................................102
  2.6. Редкоземельные металлы......................................112
  2.7. Титан.......................................................127
  2.8. Ванадий.....................................................129
  2.9. Ниобий......................................................131
  2.10. Цирконий...................................................133
  2.11. Бор........................................................137
Глава 3. О методах внепечной обработки металла. Научные основы применения модификаторов при производстве стали....................143
  3.1. Модифицирование, микролегирование и инокулирование..........143
  3.2. 0 способах производства модификаторов.......................154
  3.3. Модификаторы и демодификаторы (теория И. В. Гаврилина)......158
  3.4. Комплексное и комбинированное модифицирование...............163
    3.4.1. Механизм действия комплекса модификаторов I-го рода.....163
    3.4.2. Механизм действия комплекса модификаторов II-го рода....166
    3.4.3. Механизм действия комплекса модификаторов I-го и II родов..169
    3.4.4. Механизм действия комплекса модификаторов I-го рода и РЗМ..171
    3.4.5. Механизм действия комплекса модификаторов II-го рода и РЗМ.173
    3.4.6. Механизм действия комплекса модификаторов I-го и II родов иРЗМ...........................................................176

3

  3.5. Бескремнистое раскисление....................................177
  3.6. Модифицирование барий-стронциевым концентратом...............185
Глава 4. Модифицирование стального литья различного назначения......189
  4.1. Стали конструкционные нелегированные.........................189
  4.2. Стали конструкционные низколегированные......................192
     4.2.1. Марганцовистые (12ХГФЛ, 20ГЛ, 08-20ГФЛ, 20ГСЛ, 35ГЛ, 40Г2Лидр.)......................................................193
    4.2.2. Хромистые стали (40ХЛ, 40Х1Л)............................199
  4.3. Высокоуглеродистые марганцовистые стали......................201
    4.3.1. Общие положения..........................................201
    4.3.2. Технология плавки стали..................................203
    4.3.3. Углерод и марганец.......................................209
    4.3.4. Кремний..................................................210
    4.3.5. Алюминий.................................................211
    4.3.6. Титан....................................................214
    4.3.7. Ванадий..................................................216
    4.3.8. Титан и ванадий..........................................216
    4.3.9. Кальций..................................................217
    4.3.10. Церий...................................................219
    4.3.11. О результатах комбинированного модифицирования металла..221
    4.3.12. Охлаждение, выбивка, термообработка отливок.............223
  4.4. Высокопрочные и высоколегированные стали.....................225
    4.4.1. Стали хромоникелевого сортамента.........................225
     4.4.2. Теплоустойчивые жаропрочные стали и сплавы (15ХМЛ, 35ХМЛ, 12Х1МФЛ, 15Х1М1ФЛА, 5ХНМЛ, 35ХНЛ, 35ХНМЛ и др.).................227
  4.5. Применение бора при производстве стального литья.............234
Глава 5. Практика введения модификаторов............................239
  5.1. Содержание активных элементов в стали........................239
  5.2. Оптимизация составов модификаторов...........................246
  5.3. Устройства и методы введения модификаторов в сталь...........249
  5.4. Технология введения модификаторов............................260
Глава 6. О методах повышения качества отливок и слитков.............268
  6.1. Пути ликвидации дефектов слитков и отливок...................268
    6.1.1. Дефекты газоусадочного характера.........................268
    6.1.2. Горячие и холодные трещины...............................274
    6.1.3. Шлаковые включения и шлакогазовые раковины...............286
    6.1.4. Неспаи...................................................287
    6.1.5. Пригар...................................................287
    6.1.6. Окисные плёны............................................288
  6.2. Вопросы повышения жидкотекучести расплава....................289
  6.3. О применении модифицирования при получении крупных слитков...291
    6.3.1. Общетеоретические данные.................................292
    6.3.2. Улучшение качества крупных слитков методами модифицирования.297
  6.4. Рекомендации по модифицированию стали........................303
Список литературы...................................................310
Приложения..........................................................337

4

                                      Условия, необходимые для получения качественной стали: минимум вредных примесей, отсутствие газовых пузырей и чистота стали по неметаллическим включениям.

А. А. Байков


ПРЕДИСЛОВИЕ.
Научные и технологические аспекты модифицирования стального литья

     Литейное производство России является основной заготовительной базой машиностроительного комплекса и его развитие зависит от темпов развития машиностроения в целом. Общее количество предприятий, включённых в машиностроительный комплекс, составляет около 7500 единиц. Доля машиностроения в общепромышленном выпуске в 2003 г. составила 19,5 % [1]. При этом удельная доля отраслей в общем объёме производства машиностроительного комплекса в 2004 г. составила (%):
     -  автомобильная - 55,2;
     -  тяжёлое энергетическое машиностроение - 7,6;
     -  электротехническая промышленность - 13,4;
     -  дорожное и коммунальное машиностроение - 3,2;
     -  станкостроение и приборостроение -2,5;
     -  другие виды промышленности - 18,1.
     Таким образом, объёмы производства литых заготовок полностью зависят от выпуска машиностроительной продукции, так как доля литых деталей из чёрных и цветных сплавов в машинах (автомобилях, тракторах, комбайнах, самолётах, танках и др.) составляет 40...50 %, а в металлообрабатывающих станках и кузнечно-прессовом оборудовании до 70 % по массе и 20 % стоимости машин.
     По сравнению с другими заготовительными производствами (сварка, ковка) литейное производство отличается высоким коэффициентом использования металла, который составляет от 75 до 98 %. Наряду с этим литейное производство обеспечивает получение сложных по геометрии и конфигурации литых заготовок с внутренними полостями, что практически невозможно получить иначе. Поэтому литейное производство и в дальнейшем сохранит своё лидирующее положение среди заготовительных производств. По данным И. А. Диброва [2] за 6 лет (с 2001 по 2006 гг.) объём производства увеличился на 2,83 млн т (на 58,3 %).
     Согласно прогнозу развития литейного производства в мире, выполненного Кеном Керджином [3], при общем увеличении объёма поставок металла в отливках в 2008 году (90 067 тыс. т) по сравнению в 2006 г. (86 119 тыс. т) объ

5

ем стального литья снижается с 8,30 % до 8,02 %. Однако требования к качеству получаемой продукции повсеместно растут.
     По общему выпуску отливок Россия в настоящее время (по данным журнала «Литейное производство» [4]) стоит на третьем месте после Китая и США, а производство стального литья в России составляет 17,1 % от общего количества массы отливок.
     В 2000 г. (по экспертной оценке) выпуск отливок в России составил 4,85 млн т, в том числе из стали - 20 % (0,97 млн т). При этом особенно высока доля отливок в производстве тракторов, дорожных, транспортных, сельскохозяйственных и землеройных машин. Растет и производство теплостойкого и жаропрочного литья для котельного оборудования, металлургического производства, оборудования для атомных станций, авиации и космоса.
     Многие детали машин и механизмов работают в сложных условиях совместного воздействия высоких нагрузок, низких (-20...-60 ⁰С) или высоких (от 600 до 1200 ОС) температур и агрессивной (абразивной, окислительной) среды.
     Эффективность работы оборудования и транспорта в зимнее время резко снижается. Анализ работы автохозяйств зоны с суровым климатом показал, что срок службы автомобилей в этой зоне по сравнению с европейской частью страны сокращается в 2 раза, а аварии и поломки, связанные с климатическими условиями, выводят из строя до 25 % парка машин. Поток отказов (по сравнению с летним периодом) деталей тракторов и бульдозеров увеличивается в зимнее время в 2-6 раз, деталей экскаваторов - в 5.7 раз. На промыслах Сибири частота отказов буровых установок зимой возрастает по сравнению с летним периодом более чем в 2 раза [5].
     Надежность и долговечность деталей стального литья машин и различного оборудования определяется, прежде всего, характеристиками пластичности и вязкости литейной стали, сопротивлением материала хрупким разрушениям. Повышение эксплуатационных свойств возможно при условии успешного удаления из металла вредных примесей (кислорода, водорода, серы, фосфора, цветных металлов и т. п.) и придания оставшимся выделениям формы, снижающей их отрицательное влияние на качество металлопродукции.
     В России при производстве стальных отливок используются индукционные и электродуговые печи, как правило, на кислой подине. Это обстоятельство ограничивает возможность снижения по ходу плавки содержания серы и фосфора, тем самым, ставя качество литья в зависимость от качества применяемого лома.
     Другая особенность стального литья, отличающая его от металла, подвергающегося деформации (проката, штамповок и поковок) состоит в том, что все недостатки и особенности плавки и разливки четко наследуются и отражаются на свойствах готовых литых деталей. Стальное литье не претерпевает ни частичной гомогенизации состава, протекающей в ходе нагревов под прокатку и горячую штамповку, ни самой горячей пластической деформации, устраняющей, или смягчающей влияние отдельных пороков и особенностей строения литой стали (дендритной кристаллизации, камневидного излома, локальных скоплений микропор, выделений легкоплавких фаз в междендритных пространствах

6

и др.). Зависимость эксплуатационной надёжности литых деталей от технологии выплавки и разливки при прочих равных условиях более сильная, чем для металла, подвергающегося деформации.
     Известно, что литая сталь отличается более сильной исходной повреж-дённостью в виде микропор, раковин и трещин. На границах первичных крупных зёрен могут образовываться межкристаллитные плёнки оксидов, сульфидов и нитридов, по которым, например, трещины распространяются легче, чем по основному металлу.
     Литая сталь имеет более крупное первичное зерно и его измельчение представляет достаточно сложную задачу. Разнозернистость литой структуры также более выражена. Термическая обработка отливок по обычным режимам не устраняет в полной мере структурные особенности литого металла. Для снижения химической неоднородности целесообразно проведение высокотемпературной гомогенизации с последующей нормализацией. Однако проведение таких операций не всегда возможно. К массивным литым деталям или в случае массового изготовления отливок сложно применить даже термическую операцию улучшения (закалка + отпуск) и их термообработку также ограничивают нормализацией. Частичное решение этой проблемы возможно за счёт исполь-зоания при производстве крупного литья инокуляторов, приводящих к измельчению литого кристаллита и как следствие утонению пограничных выделений вредных примесей.
     При испытании литых сталей отмечается большой разброс характеристик разрушения. Так, при циклическом нагружении образцов литая сталь по сравнению с деформированным металлом как более высокую, так и более низкую долговечность. Снижение долговечности может быть связано с увеличением скорости роста трещины.
     Всё возрастающие требования к повышению работоспособности машин, снижению их удельной металлоёмкости ставят перед металлургами-литейщиками задачи по совершенствованию техники и технологии производства литейных сталей.
     В «большой металлургии», производящей свою продукцию в крупнотоннажных сталеплавильных агрегатах, накоплен большой арсенал средств и методов, позволяющих улучшить качество металла уже выпущенного из сталеплавильного агрегата. Общее название этих средств - внепечная обработка стали. Методы обработки металла вне печи включают обработку металла шлаковыми смесями, его подогрев, продувку аргоном, вакуумирование, раскисление и модифицирование.
     В вопросе использования внепечной обработки металла с применением агрегатов ковш-печь (АКП) в фасонолитейных цехах для улучшения техникоэкономических показателей таких цехов и повышения качества фасонных стальных отливок единого мнения среди специалистов нет. Для правильного решения этого вопроса необходим дифференцированный подход к конкретным случаям возможного применения АКП в литейных цехах [6].
     Основные аргументы против использования АКП в фасонолитейных це

хах выглядят следующим образом:

7

     -       обрабатывать в АКП плавки малой массы долго, дорого и неэффективно;
     -       в АКП используют только ковши с шиберным затвором, а заливать металлом большое количество форм сравнительно небольшой массы из шиберного ковша практически невозможно из-за относительно низкой стойкости шиберного затвора;
     -       ритм формовки и заливки форм на автоматизированных формовочных линиях трудно согласовывать с циклом обработки стали в АКП;
     -       трудно согласовать работу АКП и мартеновских печей, часто применяющихся в отечественных литейных цехах, а в цехах с дуговыми печами выигрыш в производительности незначителен;
     -       возможное улучшение качества металла за счёт обработки на АКП не гарантирует такого же улучшения качества фасонных стальных отливок;
     -       экономия шихтовых материалов и энергоносителей, а также уменьшение убытков от брака не компенсирует дополнительных затрат на организацию внепечной обработки стали в АКП;
     -       нет сведений об использовании АКП в фасонолитейных цехах за рубежом.
     Действительно, литейные цехи малой производственной мощности, оборудованные плавильными агрегатами небольшой ёмкости (до 3-5 т), в большинстве случаев не нуждаются в установках внепечной обработки стали типа АКП. В небольших дуговых печах с основной футеровкой при необходимости нетрудно осуществить нужное рафинирование металла и его нагрев до требуемых высоких температур, правда, за счёт усложнения технологии и увеличения длительности плавки со всеми вытекающими из этого последствиями. В цехех малой мощности, на наш взгляд, эффективными могут быть приёмы инжекционной металлургии (продувка активными смесями и инертными газами).
     В литейных цехах средней производственной мощности даже при использовании плавильных агрегатов ёмкостью 5-12 т применение АКП может быть технологически, организационно и экономически выгодно. В таких случаях АКП с глуходонным ковшом может использоваться не только в качестве агрегата для внепечной обработки металла, но и в качестве своеобразного активного миксера, из которого обработанная и нагретая до требуемых температур сталь с помощью специального кантователя раздаётся в небольшие разливочные ковши.
     В литейных цехах с плавильными агрегатами большой ёмкости применение АКП ещё более перспективно.
     Используемые в АКП сталеразливочные ковши на самом деле необходимо оснащать шиберными затворами для закрывания сталеразливочного отверстия. Современные высококачественные шиберные затворы обеспечивают 40...50 открываний отверстия, чего вполне достаточно при заливке форм крупных отливок большой массы. При заливке большого количества отливок сравнительно небольшой массы может быть применена схема работы АКП с глуходонным ковшом по принципу активного миксера.

8

     Современные высокопроизводительные автоматические формовочные линии требуют очень чёткой организации работ по заливке форм металлом. Любые сбои в доставке жидкой стали к месту заливки форм вызывают простои в работе таких линий и резкое ухудшение показателей работы цеха. При работе цеха с традиционными плавильными агрегатами (дуговыми и мартеновскими печами) возможны перебои с поставкой кондиционного металла к месту заливки форм. Именно использование АКП, своеобразного буферного агрегата, позволяет исключить или свести к минимуму вероятность подобных сбоев.
     Применение АКП в литейных цехах для внепечной обработки, например, мартеновской стали позволяет существенно сократить длительность плавки в мартеновской печи. Это может произойти за счёт уменьшения времени, затрачиваемого на доводку, нагрев и предварительное раскисление (на 1...2 часа). Кроме того, возможно снижение расхода легирующих и раскислителей вследствие значительно более высокого их усвоения в АКП, где поддерживаются восстановительные условия. В АКП значительно проще довести до нужных пределов температуру металла и довести металл по химическому составу. Некоторое усложнение в организации производства вносит лишь обязательное скачивание печного шлака из ковша перед обработкой в АКП, осуществляемое специальными машинами.
     Внепечная обработка в АКП стали, выплавленной в дуговых печах, позволяет сократить длительность плавки на 20...40 минут, уменьшить расход легирующих и раскислителей, легче и более точно корректировать состав и температуру жидкого металла, предназначенного для заливки форм.
     В случае применения АКП для внепечной обработки металла, используемого в производстве стальных отливок, значительное улучшение качества отливок может быть обеспечено лишь в случае одновременного улучшения организации и культуры производства на всех участках литейного цеха. Качество конечной продукции зависит не только от состояния жидкого металла. На развитие усадочных дефектов, спаев, ужимин, крупных шлаковых (неметаллических) включений, некоторых видов трещин, качество и физические свойства заливаемого в форму металла влияют в значительно меньшей степени, чем параметры и качество литейной формы, а также режим заливки металла в формы. На усадочные раковины, корольки, горячие и холодные трещины, термические трещины, пригар, плёны и намывы, заливы, искажение размеров, перекосы и др. качество и физические свойства заливаемого в форму металла практически не оказывают влияния.
     Дополнительные затраты на внепечную обработку стали на АКП в фасонолитейном цехе окупаются, если цех производит высококачественное, а также легированное литьё, главным образом за счёт уменьшения количества дефектов отливок, улучшения их свойств и экономии легирующих и раскислителей. Значительного эффекта можно ожидать в случае применения АКП для внепечной обработки стали, используемой для получения крупных массивных отливок. В этом случае металл, обработанный на АКП, содержит незначительное количество сильно ликвирующих элементов - серы и кислорода.

9

     Таким образом, применение АКП в литейном производстве весьма перспективное направление, которое в организационном плане в большинстве случаев реализуемо.
     Производство качественного стального литья в настоящее время основано не только на рафинировании металла от вредных примесей и его легировании. Накопленный опыт показывает, что в широком аспекте значительный вклад в формирование требуемой структуры и эксплуатационных свойств сталей могут вносить и другие, более экономичные методы, не связанные со значительными затратами. Модифицирование и микролегирование обеспечивают достижение таких физико-механических характеристик стали, которые не уступают легированным маркам стали. Прямые же затраты по использованию модификаторов составляют 0,2.0,3 % [7], что мало влияет на себестоимость отливок. Обработка жидкой стали лигатурами, содержащими щелочноземельные (ЩЗМ) и редкоземельные металлы (РЗМ), оказывает комплексное рафинирующее и модифицирующее воздействие и во многих случаях является альтернативой и другим процессам, так как глубокое рафинирование стали от вредных примесей в сталеплавильных агрегатах не всегда возможно. Модифицирование обеспечивает их существенную нейтрализацию.
     Кроме того, в настоящее время широкое распространение на предприятиях стале- и чугунолитейной промышленности основным методом воздействия на качество металла является применение поверхностно-активных добавок. Механизм действия этих модификаторов на жидкий расплав стали и чугуна имеет одну основу, названную В. Ю. Стеценко [8] рафинировочно-коагуляционной. Суть этого механизма заключается в том, что такие активные элементы как магний, РЗМ, кальций, алюминий, барий в расплаве стали способствуют разблокировке поверхности кристаллов 5-железа от примесных атомов, коагуляции примесных составляющих металла и интенсифицирует процесс зародышеобразования и измельчение структуры при первичной кристаллизации.
     Успех проведения операции модифицирования определяется качеством модификатора, его химическим составом и технологией присадки в металл.
     За рубежом и в России полученный расплав модификатора обычно разливают в изложницы. При медленном затвердевании расплава в слитке наблюдается ликвация поверхностно-активных элементов - магния, кальция, редкоземельных элементов и других химически активных элементов. Вследствие химической и структурной неоднородности при дроблении слитка образуется пылевидная фракция с повышенным содержанием магния и других элементов. Естественно, что при введении в жидкий металл такого модификатора наблюдался пироэффект и нестабильные результаты модифицирования.
     Одним из путей коренного улучшения качества модификаторов и их применения при производстве стали и чугуна является получение гранул или пластин путем закалки из жидкого состояния. При высокой скорости охлаждения (700.1000 ⁰С/с) достигается равномерность распределения фазовых структурных составляющих, их размеры уменьшаются в 10.100 раз [9, 10].
     Измельчение структуры и более равномерное распределение химически активных элементов, а также железосодержащих фаз способствует уменьше

10

нию пироэффекта при модифицировании стали и чугуна, увеличению скорости растворения быстроохлаждённого модификатора в металлическом расплаве в процессе обработки металла. Это обусловлено тем, что при растворении быст-роохлаждаемых сплавов уменьшается вероятность существования относительно больших микрообъёмов с высокой концентрацией магния и кальция. Указанное отличие модификаторов может изменить и другие потребительские свойства, в частности, их склонность к саморассыпанию и образованию пылевидных фракций в процессе хранения материала.
     Получение таких свойств модификаторов позволяет:
     1)      увеличить в 1,3...1,5 раза продолжительность действия на жидкий расплав;
     2)      увеличить на 5.10 % усвоение легкоокисляющихся элементов при обработке модификаторами стали и чугуна;
     3)      снизить пироэффект при вводе в жидкий расплав;
     4)      снизить расход модификатора для достижения одной и той же цели;
     5)      снизить по сравнению с обычной дроблёной крупкой количество растворенных в модификаторе газов;
     6)      иметь неограниченный срок хранения.
     Высокие результаты по обработке модификаторами могут быть достигнуты за счёт создания новых составов модификаторов, оптимизации технологии модифицирования стали различного назначения.
     Решение этих задач позволит в значительной мере повысить качество стальных слитков и отливок, оптимизировать технико-экономические показатели производства. Успех проведения этой операции зависит не только от количества присаживаемого реагента и технологии его введения в жидкий расплав, но и степени раскисленности исходного металла, ряда технологических особенностей его выплавки.
     Исследования, результаты которых приводятся в книге, проведены под руководством и при участии Л. Г. Шуба, Р. Г. Усманова, А. Я. Дынина. Многие материалы для главы 2 книги были предоставлены И. В. Рябчиковым.
     Автор благодарит Ш. Н. Гимадеева, Ю. В. Степанова, И. В. Рябчикова за предложения и критические замечания, сделанные при прочтении рукописи книги.
     Книга посвящена столетнему юбилею отца одного из авторов - Голубцову Александру Петровичу, который был «Знатным мастером Великой Отечественной войны», разработавшим технологию выплавки броневой стали в мартеновских печах.
     Отзывы, замечания и предложения автор просит присылать по адресу: 983173986@mail.ru

11

ГЛАВА!


Влияние примесей на качество стали

     Отдельные химические элементы изменяют свойства стали уже при чрезвычайно низких концентрациях. Несмотря на невысокое содержание примесей в металле от 0,0001 до 0,30 %масс. (1...3000 ppm), они оказывают порой определяющую роль в формировании механических и эксплуатационных свойств металлопродукции. Например, в конструкционной стали примеси влияют на длительную прочность, вязкость (сопротивление хрупкому разрушению), поведение при фазовых превращениях (прокаливаемость), коррозионную стойкость (стойкость к образованию водородных трещин, коррозионное растрескивание под напряжением), трещиностойкость и т. п.
     Микропримеси, содержащиеся в металле, можно разделить на 4 группы:
     1) неметаллические включения;
     2)      примеси, составляющие в железе растворы (фазы) внедрения - кислород, сера, фосфор, водород, азот;
     3)      цветные примеси, попадающие в металл с загрязнённой шихтой и частично растворяющиеся в основном металле - медь, олово, свинец, сурьма, мышьяк;
     4)      модифицирующие и микролегирующие добавки: ванадий, титан, ниобий, бор, щелочно- и редкоземельные элементы и др.
     Решающим препятствием к количественному описанию зависимости свойств стали от содержания примесей является тот факт, что поведение материала определяется не средним содержанием элемента, а его распределением в затвердевшем расплаве. Характер и степень воздействия примесей зависят от того, в каком виде (свободном или в виде соединений) и где (на границе зёрен аустенита или внутри их) находятся химические элементы. Действие примесей основано на сегрегации и выделении новых фаз. Существуют несколько типов сегрегаций, которые повышают локальную концентрацию примесей, а именно, появляющиеся при затвердевании слитка или отливки зональная и дендритная ликвации, а также сегрегации по границам зёрен.
     Разработка методов удаления или нейтрализации вредных примесей остаются актуальной задачей металлургов. Обработка металла модификаторами позволяет в значительной мере решать эту проблему.


            1.1. Кислород и оксидные включения


     Углерод, кислород, азот и водород являются элементами, образующими твёрдые растворы внедрения. Ввиду того, что их количество, кроме углерода, определяется методом вакуум-плавления, то часто указанные элементы называют газами. Однако это не означает, что в стали они находятся в газообразном состоянии. В действительности эти элементы или образуют избыточные фазы (соответственно, карбиды, оксиды, нитриды, гидриды), или растворены (рас

12