Разтворимост на водород, азот и кислород в стомана и тяхното влияние върху качеството на метала

Газообразният водород, азот и кислород в твърдата стомана могат да бъдат под формата на газови мехурчета или под формата на твърд разтвор и химични съединения. Разтворимостта на газовете в стоманата се влияе от температурата и налягането.

Разтворимостта на водорода и азота в стоманата при определена температура зависи от техните парциални налягания в атмосферата над метала и се изразява чрез уравнението на Сивертс:

[H] и [N3] са количествата съответно водород и азот, разтворени в стоманата, %;

Kn и KN са температурно-зависими коефициенти;

pH2 и pN2 са парциалните налягания съответно на водорода и азота.

Колкото по-високо е парциалното налягане на даден газ, толкова повече той се разтваря в метала. Когато влагата навлезе в атмосферата на пещта заедно със заредените материали, въздух и кислород, водната пара се разлага в процеса на взаимодействие, например с желязо в съответствие с реакцията: H20 + [Fe] = 2 [H] + [FeO], т.е. металът е наситен с водород и железен оксид. Водородът и азотът се разтварят в стоманата в атомно състояние. С желязото и други елементи, присъстващи в стоманата, водородът не образува химически съединения. Кислородът влияе върху разтворимостта на водорода в желязото.

Азотът за редица стомани се използва като легиращ елемент (до 0,5%), тъй като, подобно на никела, той повишава якостта на удар и устойчивостта на корозия на стоманата и допринася за образуването на аустенитна структура в стомани с високо съдържание на хром. Легирането на стомана с азот се извършва по различни начини:

Металът е значително обогатен с водород при използване на дълготрайно изгорена вар, така нареченият "пух". Изгорената вар активно абсорбира влагата от атмосферата и се гаси с образуването на Ca (OH) 2, който, влизайки в пещта, се разлага при температура 600 0 Cспоред реакцията Ca (OH) 2 → caO + H2O.

Некачествената подготовка и недостатъчната сухота на дренажния канал на пещта, леярските и разливните кофове, топлоизолационните смеси, формите, удължителите, облицовките и разливния материал могат да окажат значително влияние върху увеличаването на съдържанието на водород в стоманата.

При понижаване на температурата разтворимостта на газовете в метала рязко намалява. По време на кристализацията част от водорода се отстранява от метала в атмосферата, но част от водорода остава в метала под формата на мехурчета и разтвор. След втвърдяване отделянето на разтворен водород от стоманата продължава, придружено от образуването на различни дефекти в метала - люспи, пукнатини и др., Водещи до отхвърляне на валцувания метал.

Кислородът се разтваря доста добре в течното желязо. В същото време желязото се окислява с образуването на железен моноксид, който пренася кислород към метала съгласно реакцията: (FeO) \u003d [Fe] + [O] - 121,8 kJ / mol.

Кислородът в желязото може да присъства под формата на химично съединение с желязо [FeO] и под формата на разтвор. Химичните съединения на кислорода с манган, силиций, хром и други компоненти на стоманата образуват така наречените неметални включвания.

Когато стомана, съдържаща въглерод и излишно количество кислород, се излива във форми или CCR, температурата на стопилката и разтворимостта на кислорода намаляват и в резултат на взаимодействието на въглерода и кислорода се образува въглероден оксид, който частично се отделя в атмосферата и частично остава в метала под формата на газови мехурчета.

Най-често срещаните дезоксиданти са силиций и алуминий. Въвеждането на силиций в стоманата в количество най-малко 0,18-0,23% предотвратява образуването и отделянето на въглероден оксид от стоманата под формата на мехурчета. С едновременното въвеждане на алуминий в метала със силицийконцентрацията на силиций, която осигурява липсата на мехурчета в блока, може да бъде намалена. Оксидите, образувани в течната стоманена вана и в кофата, частично изплуват в шлаката и частично се отвеждат от метала във формите или формите на UNRS и, като нямат време да изплуват, остават в стоманата.

Неметалните включвания влошават свойствата на стоманата. За да се намалят както кислородните, така и съдържащите кислород неметални включвания в стоманата, се прибягват до технологични методи за въздействие върху метала:

третиране с дезоксиданти;
ръководство за намаляване на шлаката;
интензивно смесване на шлака и метал;
рафинираща обработка на метал извън пещта (продухване в кофа с инертен газ, вакуумиране, обработка с прахообразни вещества и др.).