от наличия в металле сульфидообразующих элементов. Наиболее сильными десульфаторами являются щелочноземельные и редкоземельные элементы, а также А1 и Zr. Однако все эти элементы одновременно являются и сильными раскислителя-ми. Поэтому их высокая активность по отношению к сере может заметно проявиться лишь после раскисления стали.

Следовательно, вследствие высокой растворимости серы в расплавленном железе и пониженной активности десульфу-раторов в период раскисления образование сульфидных включений должно происходить в период кристаллизации металла, а может быть даже в твердом металле.

Это хорошо подтверждается данными работы [58], в которой исследовалось изменение концентрации и размеров включений в кислой мартеновской стали в зависимости от скорости ее затвердевания. В исследованном интервале скоростей кристаллизации [(0,165—83,3) Ю-4 м/с] содержание силикатных включений не менялось, а размеры включений несколько возросли при увеличении скорости кристаллизации от 0,165 ■ Ю-4 до 3,3 ■ Ю-4 м/с. Дальнейшее повышение скорости кристаллизации до 83,3 ■ 10~4 м/с не повлияло на размеры силикатных включений. Содержание сульфидных включений при увеличении скорости охлаждения в том же интервале снизилось с 65 до 5 %, а радиус включений уменьшился с 10 до 1 мкм.

Подобные результаты были получены и в работах [186, 187, 189], в которых установлено, что в сварном шве наименьшие размеры имели сульфиды, расположенные на границе сплавления основного металла с металлом шва, а наибольшие— в середине верхней части шва. По-видимому, эго также связано, в основном, с повышенной скоростью охлаждения в центральной части шва.

Таким образом, условия перехода металла из жидкого в твердое состояние существенно влияют на процесс формирования сульфидных включений.

Поскольку сера — сильный ликвирующин элемент, лик-вационные явления могут оказать заметное влияние на создание пересыщения расплава серой, а следовательно, и на образование зародыша новой фазы.

По данным [32, 145], в сварных швах, как правило, наблюдаются дендритная и слоистая ликвация серы и весьма редко, обычно в верхней части швов большого объема, зональная ликвация.

Согласно формуле В. Пфанка, Б. Чалмерса и М. Флеминга, концентрация серы в расплавленной части металла Cl

в процессе его кристаллизации

CL = C0(l-gM + askp)kp-\(III.6)

Здесь С0 — начальная конценграция серы в расплаве; gM — доля закристаллизовавшегося металла; kp — равновесный коэффициент распределения серы между расплавленным и твердым металлами; as = 4DS -^f-, где Ds — коэффициент диффузии серы в затвердевшем металле; тя — время затвердевания данного междендритного участка металла; L — расстояние между ветвями дендрита.

Однако найденная по формуле (III.6) концентрация серы будет средней для данного расплавленного объема. Изменение концентрации серы в данном объеме можно найти из выражения [281]:

С£ = й[1 + (-Ше-)в °; ],(III.7)

где Cl — концентрация примеси в кристаллизующемся объеме металла в данный момент времени; v3 — линейная скорость затвердевания металла; xl — расстояние от поверхности раздела до точки в расплаве, где концентрация равна CXL.

Из выражения (III.7) следует, что наибольшая концентрация серы будет наблюдаться у границы расплав—кристалл, а распределение ее в расплаве будет зависеть от скорости затвердевания металла, коэффициента диффузии серы в расплаве D's и коэффициента распределения серы между твердым и жидким металлами.

Таким образом, вследствие большой растворимости серы в стали пересыщение, необходимое для образования сульфидных включений, может возникнуть лишь в конце периода затвердевания металла. При этом величина пересыщения, вероятно, должна быть небольшой, так как величина межфазного натяжения на границе металл—сульфидное включение невелика. Причем области повышенного пересыщения расплава серой будут находиться вблизи границы твердый — жидкий металлы.

Поскольку почти все расчеты, выполняемые по формулам (III.4) и (III.5), дают завышенные значения пересыщений, необходимых для образования новой фазы, рассмотрим, какие факторы могут ускорить образование зародышей оксидных и сульфидных включений в сварочной ванне.