14. Водород в стали. Источники поступления водорода в металл. Способы получения стали с низким содержанием водорода

Этапы растворения газов в металле в виде атомов, ионов или с образованием химсоединений: 1.массоперенос газа к поверхности металла;2.адсорбция газа на поверхности металла;3.переход через границу газ – металл;4.массоперенос в толщу металла.Лимитир-ие стадии- 1или 4. Примеси и легирующих элементы оказывают сущ-ое влияние на интенсивность перехода газа через границу металл – газ.

Н растворяется в Fe и его сплавах в атомарном состоянии с образованием растворов внедрения. Растворимость водорода в чистом железе подчиняется закону Сивертса: Выводы: 1.с повышением температуры растворимость водорода увеличивается; при снижении – уменьшается;2.растворимость водорода в различных фазах железа различна;3.при переходе железа из жидкого состояния в твердое и из одной фазы в другую растворимость водорода меняется скачкообразно.

Элементы, влияющие на раст-сть Н:1.Элементы, повышающие раст-сть Н– Ti, цирконий, тантал, ниобий, ванадий. Они образуют стойкие соединения при низких температурах. 2.Элементы, уменьшающие раст-сть Н – C, Si, Al, бор ,тк их связи с Fe сильнее, чем у водорода с железом. 3.Элементы, слабо влияющие на раст-сть Н – Ni, кобальт, марганец, молибден, Cu, Cr, влияние проявляется только при высоких содержаниях – средне- и высоколег-ые стали.

Источники поступления Н в металл и способы уменьшения концентрации Н в стали. Поступление возможно в результате перехода из печной атмосферы (не особо влияет), шлакообразующих материалов, ферросплавов и воды системы охлаждения отдельных элементов конструкции печи. Влияние оказывает влажность шлакообразующих, особенно извести из-за высокой гигроскопичности, ферросплавов, ржавчины металлошихты, негерметичность системы водяного охлаждения, кислород, используемый для продувки ванны. Известь, обожженная при более высоких Т, медленнее поглощает влагу из атмосферы (при производстве качественных марок обжиг извести при более высоких температурах, а срок хранения ограничивать, а для наведения шлака вос-ого периода регламентируется только известь свежего обжига).

Влага раскислителей и легирующих эл-ов способствует повышению Н в стали. Удаление влаги зависит от условий сушки (прокаливания) присаживаемых в печь либо ковш материалов. Задачаокис-ого периода - проведение дегазации металла, это важно при плавке в одном агрегате и отсутствии вакуумной обработки стали вне печи. Снижение газов в мет-ой ванне обеспрафинированием расплава пузырьками окиси углерода (необходимо окислить не менее 0,20-0,30 % С).

Атомарный Н не диффундирует в металле,если высокая вязкость шлака и он малоподвижен.ГРАФИК

15.Азот в стали. Положительная и отрицательная роль азота в стали. Способы удаления и введения азота в металл.

В жидкую сталь N поступает с шихтовыми материалами. Металлический лом, скрап, чугун содержат обычно 0,002 - 0,008 % N. Дополнительно N переходит в металл из печной атмосферы в области дуг при выплавке стали в дуговой электропечи. В зоне действия дуг молекулярныйNдиссоциирует на атомарный. Это интенсифицирует процесс насыщения стали N.РастворимостьN в стали по закону Сивертса: Выводы: 1.растворимостьN в Fe_α и Fe_δ увеличивается с увеличением температуры, а в Fe_γ снижается; снижение связано с уменьшением стойкости нитрида железа Fe₄N;2.растворимость N при переходе из жидкого состояния в твердое и из одной фазы в другую изменяется скачкообразно.

N обладает высоким химсродством со многими эл-ми, входящими в сталь, и образует с ними нитриды.

Элементы, влияющие на раст-стьN: 1.Элементы, образующие прочные нитриды (Aℓ, Ti, Zr, V, Nb) и повышающие раст-стьN в Fe. 2.Элементы, обычно не образующие нитридов, но обладающие достаточно высоким сродством к N (Cr, Ta, Mn, Mo) и заметно повышающие рас-стьN в Fe.3.Элементы, не образующие нитридов (C, Ni, Cu, Co) или образующие нитриды менее прочные, чем нитрид железа, и понижающиераст-стьN в Fe.Наличие в конструкционной стали 0,003-0,02% N не приводит к образованию пузырей и пористости в процессе крист-ии и затвердевания отливки.

В отливках из углеродистых сталей содержание N повышается снизу вверх и от стенок к центру. Наличие N и неравномерность его распределения в литой углеродистой стали нежелательно, ткN является основной причиной «старения» сталей ферритного и феррито-перлитного классов.

«Старение» – это выделение избыточного N из р-ра в твердом металле с образованием нитрида железа Fe₄N. Присутствие в стали N в виде Fe₄N приводит к ее охрупчиванию, тк нитриды имеют игольчатую форму и пронизывают весь объем зерен твердого раствора железа. Для устранения этого явления в сталь вводят более сильные, чем железо, нитридообразующие элементы, например, Aℓ, Ti, V и др. «Старение» не характерно для стальных отливок, тк практически всегда конечное раск-ие стали проводят Al.

ПрисутствиеN в стальных отливках в виде дисперсных нитридов легирующих элементов (TiN, VN, ZrN, NbN, AℓN и др.) приводит к их модифицированию, а также сильному упрочнению при термической обработке, поэтому получили распространение высокопрочные конструкционные стали с нитридным и карбонитридным упрочнением.Положительное влияние N не может проявляться самостоятельно, а только в сочетании с сильными нитридообразующими элементами.

Три + момента, связанных с наличием в стали N и в сильных нитридообразующх эл-в:1.устранение образования нитридов неблагоприятной морфологии (Fe₄N, пленка AℓN в азотсодержащих сталях при их раскисленииAℓ);2.модифицирование структуры за счет образования в жидкой стали дисперсных тугоплавких нитридов (TiN, ZrN, HfN и др.), которые служат дополнительными центрами кристаллизации и измельчают структуру металла);3.упрочнение отливок нитридными и карбонитридными частицами (VN, VCN и др.) в процессе термической обработки.Если не связать N в устойчивые нитриды, то аналогично H можно получить «азотистое кипение» стали.ГРАФИК