Ваша область
?Часть 3. Газовые примеси в стали
Постоянные примеси стали
Качество стали зависит от многих аспектов, важнейшими из которых, является:
- метод выплавки и разливки,
- химический состав,
- количество вредных примесей,
- состав и количество легирующих элементов.
Наличие в стали и сплавах технологических примесей неизбежно, а их удаление достаточно проблематично, как при выплавке (фосфор, сера) , так и при раскислении (кремний, марганец), и из смеси материалов (легированный металлический лом), загруженных в плавильную печь для получения металла определённого состава ( никель, хром и др.)
Неизменными примесями считается: углерод, марганец, кремний, сера, фосфор (переходят в сталь из руды, топлива, либо дополнительно вводятся в жидкий металл, в качестве раскислителя) ,и газы: кислород, азот, водород.
Данные газы поступают в сталь при ее выплавке и создают в ней пустоты, которые портят внутреннюю структуру. Обычно их содержание в углеродистой стали очень не велико (Н- до 0,001%, О- до 0,01, N- до 0,01%), и не определяется даже химическим анализом.
Качество готовой продукции зависит от качества поверхности и внутренней структуры слитка, который в свою очередь зависит от свойств исходного сырья, на служебные свойства которого значительно влияет количество кислорода.
В том случае, если к началу кристаллизации стали количество кислорода выше допустимого максимума, его избыток может выделяться из перенасыщенного раствора в виде газообразного оксида углерода и неметаллических образований. Основной функцией и целью раскисления является получение стали с минимально возможным содержанием эндогенных образований с наиболее подходящей формой и свойствами.
Эндогенные образования - это продукты взаимодействия кислорода, серы, фосфора, углерода и азота с другими компонентами. Важно, что даже малое количество таких газов отрицательно сказывается на свойствах металла.
Азот и кислород
Обычно их содержание в углеродистой стали очень не велико (Н- до 0,001%, О- до 0,01, N- до 0,01%), и не определяется даже химическим анализом. Азот - 2-х атомный газ, плотность 1,649*10-3 г/см3, t плавления – (-209,9) °С, t кипения (- 195,7).
Кислород - бесцветный газ, плотность -1,42897 кг/м³, t плавления – (- 218,9) °С, t кипения – (-182,96) °С.
Кислород «О» и азот «N» - в несвязанном состоянии существенно уменьшают показатели вязкости и пластичности стали, а увеличенное количество водорода «Н» повышает хрупкость и способствует образованию флокенов.
N и О образуют в дефектах сплава непрочные образования (окислы, нитриды). Данные образования служат концентраторами напряжений и существенно снижают показатели выносливости и вязкости металла.
Данные примеси уменьшают сопротивляемость хрупкому разрушению.
Увеличение содержания азота приводит к деформационному старению металла.
Максимально допустимое содержание кислорода в сталях составляет 0,2%, в металле, как правило, не более 0,05%.
ВОДОРОД
Водород «Н»- бесцветный газ, плотность - 0,0000899 (при 273 K (0 °C)) г/см³, t плавления – (- 259,14) °С, t кипения – (-252,87) °С. Максимально допустимое содержание водорода в сталях составляет - 3-20 см3/100 г.
Водород - очень вредная примесь, которая приводит к охрупчиванию стали и образованию флокенов, которые приводят к разрушению металла.
Охрупчивание — увеличение хрупкости стали из-за изменения ее свойств (в следствии снижения или потери пластичности, вязкости, в результате старения, понижения температуры или высокой скорости нагружения.
Повышенное содержание водорода «Н» повышает хрупкость и способствует образованию флокенов.
Флокен (в переводе с немецкого Flocken - хлопья) тонкие овальные или округлые трещинки, в виде пятна – хлопья серебристо-белого цвета.
Металл, который имеет в своей структуре флокены - в промышленности не используют.
При нахождении водорода в верхнем слое – его удаляют нагреванием до 150…180.
Наиболее эффективным методом удаления азота и водорода является вакуумирование –снижение давления над жидким металлом.
Опубликовано: 11.02.2016
Поделиться:
