 |
Газы в сталях. 1) Что называют растворимостью газов в металле? Предел растворимости. Расворимость H в Fe. 2) Какие дефекты в сталях вызывает водород?
|
|
|
|
Газы в сталях
1) Что называют растворимостью газов в металле? Предел растворимости.
Температурная зависимость растворимости газов в расплавах
Растворимостью называется его количество, переходящее в раствор с Ме при равновесии с газовой фазой при парциальном давлении 1 атм.
lnS=lnC+∆ Hs/2RT
∆ Hs=∆ Hдисс+∆ Hраств+∆ Hвзаим
∆ Hs-изменение энтальпии при образовании раствора газа в Ме
В зависимости от ∆ Hs растворимость повышается или понижается в зависимости от температуры.
Расворимость H в Fe
H может присутствовать в различных формах
-атомарный (расположен по междоузлиям кристаллической решетки)
-атомарный (ковалентный)
-молекулярный (расположен в микропорах и трещинах)
При Тплав в жид. железе раст-ть Н=24, 5 ррm, в твердом менее 7.
Коэффициент диффузии при 25С D=7*10-5 см/с2 , что соответствует скорости проникновения 20 мин за час.
1/2Н2(г)=│ Н│ Кн=│ %Н│ / 
Тогда, при 1873К и давлении Н2=1атм │ Н│ =0, 0027
Зависимость растворения водорода в жид. Fe от температуры определяется энтальпией.
Растворимость азота в железе и стали
Растворимость кислорода в железе и стали
2) Какие дефекты в сталях вызывает водород?
Под действием давления водорода сталь может разрушиться в том случае, если это давление суммируется с внутренними напряжениями (структурными, термическими, от остаточных деформаций). В этом случае в стали образуются внутренние разрывы - флокены.
Флокены представляют собой внутренние трещины, имеющие в продольном направлении излома (относительно течения металла при горячей обработке давлением) вид округлых хлопьев диаметром от десятых долей миллиметра до 30—50 мм. Так как хлопья эти расположены так, что поверхности их направлены примерно вдоль линии течения металла при горячей пластической деформации, на поверхности макрошлифов, вырезанных в поперечном направлении, флокены имеют вид волосных трещин, толщина которых измеряется сотыми и даже тысячными долями миллиметра. Трещины отчетливо выявляются после протравливания макрошлифа (рис. 1).
|
|
|
Флокены поражают внутренние слои катаных или кованых заготовок, где вследствие ликвации содержание водорода бывает более высоким и никогда не выходят на поверхность. Чувствительны к флокенам конструкционные стали, содержащие водорода более 2—3 см3 на 100 г. Склонность к образованию флокенов увеличивается с повышением степени легирования таких сталей вследствие увеличения структурных и часто термических напряжений. Наличие флокенов ухудшает механические свойства стали и является недопустимыми пороком стали.
Для предупреждения их образования применяют специальные меры, среди которых наибольшее распространение получила термическая обработка, обеспечивающая снятие внутренних напряжений в металле и некоторое удаление водорода. Такая обработка требует затраты значительного времени и средств.
3) Способы удаления водорода.
Удаление водорода из стали происходит в окислительный период плавки в результате экстрагирования его пузырьками окиси углерода. Это экстрагирование является следствием стремления H2 к равновесному распределению его между металлом и пузырьками окиси углерода, в которых при их образовании парциональное давление H2 равно нулю. Увеличение интенсивности выделения пузырьков окиси углерода по ходу окислительного периода вызывает увеличение интенсивности удаления H2. Следовательно, повышению скорости удаления H2 способствует повышение скорости обезуглероживания металла.
|
|
|
Таким образом, основными методами понижения содержания водорода в стали в процессе плавки служит уменьшение влажности шлакообразующих материалов, особенно присаживаемых в восстановительный период, легирующих и увеличение интенсивности окисления углерода.
Для более быстрого и полного удаления водорода из металла увеличивают количество подаваемых в ванну в единицу времени железной руды или газообразного кислорода. Второй метод более эффективный, если кислород не содержит значительного количества влаги (более 0, 1—0, 5 г/м3). Скорость удаления H2 из металла увеличивается не только с увеличением скорости обезуглероживания, но и с повышением его исходного содержания, концентрация водорода в стали в конце окислительного периода не зависит от той, которая была в начале периода. К концу окислительного периода даже при очень интенсивной продувке ванны кислородом не удается получить содержание H2 менее 2, 7-3, 0 см3 на 100 г, да и такое содержание получается редко.
|
|
|
