Влияние азота на свойства стали

Влияние водорода

Атмосфера почти любого сталеплавильного агрегата содержит какое-то количество водорода или паров воды. Некоторое количество влаги может попасть вместе с шихтой и добавочными материалами.

При содержании водорода в металле больше 2 см³/100г, в стали образуются следующие дефекты:

- водородное охрупчивание (снижение пластичности);

- флокены (наиболее опасный и трудно устранимый дефект);

- пузыри, раковины и поры.

Флокены – дефекты, обнаруживаемые в изломе стали в виде микротрещин толщиной примерно 0,01 и длиной до 1 см. Они образуются в связи с появлением в металле напряжений двух видов:

1) напряжения, связанные с выделением в микрообъемы металла структурно свободного водорода;

2) напряжения, связанные с пластической деформацией и охлаждением металла.

Для устранения флокенов необходимо удаление из стали водорода или длительный изотермический отжиг - это медленное охлаждение заготовок (слитков) в специальных камерах (100-120 часов).

Содержание водорода менее 2 см³/100 г называется порогом флокенообразования или водородоохрупчивания.

Длительность процесса связано с инкубационным периодом флокенообразования (с диффузионным процессом).

Пузыри, раковины и поры образуются в процессе выделения структурно-свободного водорода при кристаллизации. Чаще всего образуются в d-Fe (малоуглеродистая сталь).

Азот почти всегда присутствует в атмосфере сталеплавильного агрегата. Однако содержание азота в готовой стали в большой степени зависит от типа процесса. Так, например, в мартеновском содержание азота составляет 0,008-0,01%; в электродуговом - 0,01-0,012; в кислородно-конвертерном - 006-0,01.

Это различие объясняется неодинаковыми условиями поглощения и выделения азота во время плавки.

Влияние азота на свойства стали обусловлено уменьшением растворимости азота в железе при g-a превращении и последующем охлаждении в области a-состоянии. Пересыщение происходит при невысоких температурах, поэтому азот склонен к образованию метастабильных растворов. Они разлагаются с образованием нитридов (Fe₄N – мелкодисперсной фазы) по границам зерен металла, в процессе службы изделия. Это вызывает упрочнение стали, снижение ее пластичности и называется старением металла.

Дегазация металлов основана на уменьшении парциального давления азота и водорода в газовой фазе, контактирующей с металлом. Согласно зависимости (7.3-3), чем меньше значение Р_{Г2}, тем меньше величина К_Г.

Рассмотрим дегазацию стали при выплавке и внепечной обработке.

При выплавке стали средой с низким парциальным давлением водорода и азота являются пузырьки газа {СО}, всплывающие в объеме металла. В них Р_{CО} ® 1, Р_{N2} ® 0, следовательно, [Г]^парц ® 0. Дегазация происходит за счет перехода растворенных в металле газов в пузыри {СО}.

При внепечной обработке средой с низким парциальным давлением водорода и азота являются инертные газы, вдуваемые в металл или вакуум.

Дата добавления: 2014-01-04