где Мф — молекулярная масса вещества образующейся фазы; р — плотность вещества; С/С$ — пересыщение расплава: /? — универсальная газовая постоянная.

Подставив выражение (III.3) в уравнение (III.1), получим

/ = Ле з* ^тмшс/д. _(Ш4)

Однако образование неметаллических включений характеризуется не только интенсивностью их зарождения, но и размером образовавшегося зародыша. Возникшие в расплаве зародыши будут устойчивы и способны к последующему росту только в том случае, если их размер достиг некоторого критического значения.

В случае образования жидкого включения его форма, очевидно, близка к сферической, а критический радиус такого зародыша

_ 2см_вМф Гкр ~ рЯТ\пС/С$ ■ш-°

Если образуется тугоплавкое кристаллическое включение, то его критический размер, характеризующийся средним размером грани кристалла,

кр' р#Г 1п С/С8 '

где о"м_в — межфазное натяжение на границе 1-й грани включения с расплавом.

Как правило, величина 0м_в не известна, и поэтому с некоторой долей приближения можно воспользоваться средним значением удельной межфазной энергии на границе расплав — включение сгм_в. Вследствие малых размеров включений их форму можно считать близкой к сферической. Поэтому в случае образования кристаллических включений их критический размер можно найти из выражения (III.5).

Анализ уравнений (Ш.4) и (II 1.5) позволяет сделать вывод о том, что интенсивность зарождения неметаллических включений в сварочной ванне связана с величинами степени пересыщения расплава выделяющимся веществом и межфазового натяжения на границе расплав — включение.

Оксидные включения образуются в результате химической реакции, которую в общем виде можно представить следующим образом:

т[Ме]+/г[0] = (МетО„).

Величину пересыщения CICS можно найти из выражения

_С_ Кф _ [%Ме]%[%0]% Cs КрKv

Где к константа равновесия реакции раскисления; [% Ме]ф; [% о] _ фактические концентрации элемента — раскислителя и кислорода, растворенных в расплаве.

Следовательно, величина пересыщения определяется отношением произведения растворимостей компонентов в реальных условиях к произведению растворимостей тех же компонентов в равновесном состоянии [345]. Многочисленные расчеты свидетельствуют о том, что для образования неметаллических включений требуются весьма значительные пересыщения. Например, по данным [335], для Si02 C/Cs — 80 Ч- 800; для А1203 CICS = 3 ■ 10е — 3,6 • 1014. Однако, как видно из выражений (Ш.4) и (III.5), снижение величины межфазного натяжения на границе металл — включение должно снизить необходимую величину пересыщения.

Известно, что величина межфазного натяжения металла на границе со шлаком во многом определяется интенсивностью обмена веществом между металлом и шлаком. Как было показано в работе [158], сплавы на основе железа обмениваются со шлаком, в основном, ионами железа. Поэтому повышение содержания FeO в оксидных шлаках любого состава приводит к наиболее существенному снижению величины межфазного натяжения [63, 65, 192]. В меньшей мере, но все же весьма заметно, снижается величина межфазного натяжения при добавлении в шлак закиси марганца [63, 65, 195]. Следовательно, интенсивность зарождения оксидных включений в сварочной ванне должна быть тем выше, чем больше в них содержится FeO и МпО. Кроме того, увеличение содержания этих оксидов в выделяющихся включениях должно привести и к уменьшению размеров устойчивого зародыша.

К таким же выводам пришел и С. И. Попель [196], который, задавшись величиной пересыщения и использовав данные о величинах межфазного натяжения на границе с оксидными расплавами, рассчитал при некоторых допущениях интенсивность образования новой фазы и критические радиусы включений (табл. 4) по формулам (Ш.4) и (Ш.5).

Как видно из данных табл. 4, включения оксидов железа и марганца могут самопроизвольно выделяться из недостаточно раскисленной стали уже при небольшом пересыщении. В случае, если выделяющаяся фаза содержит помимо FeO и МпО еще и Si02( интенсивность образования зародышей сильно снижается. При этом снижение интенсивности образо-