ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Окисление и обезуглероживание стали при нагреве из "Нагревательные устройства кузнечного производства " Нагрев металла является процессом не только физическим, но ж химическим, так как газы печной атмосферы при высокой температуре вступают в активное взаимодействие с металлом. В результате этого нагрев металла в печах открытого пламени, т. е. в непосредственном контакте с печной атмосферой, сопровождается его окислением — потерей металла на угар. [c.156] Атмосфера печи. Газы, входящие в состав печной атмосферы, можно разделить по их химическому действию на окислительные Оз, СОг, НгО и SO2, восстановительные — СО и Нг и нейтральные — N2. Количество каждого из этих газов в атмосфере печи зависит от состава сжигаемого топлива и режима горения, а поэтому и атмосфера печи в зависимости от ее химических свойств может быть окислительной, нейтральной или восстановительной. [c.156] При полном горении топлива с избытком воздуха в продуктах горения имеется свободный кислород такая атмосфера является окислительной. При полном горении топлива с теоретическим количеством воздуха в продуктах горения не будет свободного кислорода атмосферу, соответствующую такому режиму горения, принято называть нейтральной атмосферой. Если же горение протекает с недостатком воздуха (неполное горение), то в продуктах горения появятся окись углерода и водород, а в некоторых случаях и легкие углеводороды, главным образом метан такая атмосфера является восстановительной. [c.156] И восстановительную имеет отношение не столько к характеру взаимодействия между атмосферой печи и металлом, сколько к химическому составу той или другой атмосферы. [c.157] Потеря на угар при нагреве обычно довольно велика. Учитывая, что сталь в процессе обработки нагревается несколько раз, можно считать, что приблизительно около 5% выплавляемой стали теряется в окалину при нагреве в прокатных, кузнечных и термических печах [49], причем в кузнечном производстве потери на угар составляют 2—3%. В ряде случаев стоимость металла, потерянного на угар, превышает скорость топлива, расходуемого на нагрев металла. [c.157] Бред угара не исчерпывается только потерей металла с окалиной последняя при ковке вдавливается в металл, понижая качество поковок и увеличивая брак, ускоряет износ штампов и повышает затраты на дополнительную обработку поковок к тому же окалина разрушает под печи. Только умелое и добросовестное отношение к нагреву металла может способствовать уменьшению указанных потерь. [c.157] Атмосфера кузнечной печи обычно окислительная, так как сжигание топлива ведется с избытком воздуха. Указывалось, что в состав печной атмосферы входят азот N2, углекислый газ СО2, кислород О2, сернистый газ ЗОг, а при неполном горении появляются окись углерода СО и водород Нг. Каждый из этих газов печной атмосферы так или иначе воздействует на нагреваемый металл. [c.157] Окислителями для стали являются не только кислород, но и газы — окислы углекислый газ, водяной пар и сернистый газ окислительная способность каждого из этих газов зависит от температуры. При высокой температуре основным окислителем является кислород. При взаимодействии со сталью он окисляет железо и содержащийся в ней углерод, образуя при этом углекислый газ СО2. [c.157] Водяной пар делает окалину рыхлой и легко отделимой. [c.157] При наличии в печной атмосфере окиси углерода СО окислительная способность углекислого газа уменьшается. Окись углерода является восстановителем наиболее интенсивное восстановление окисью углерода окислов металлов наблюдается при температуре от 600 до 900° С. В этом интервале температур взаимодействие окиси углерода со сталью различного состава протекает по-разному у малоуглеродистой стали она повышает содержание углерода, а по отношению к-высокоуглеродистой стали она нейтральна. Для хромистой стали окись углерода является слабым окислителем. [c.158] Водород для стали является активным восстановителем. В то же время при высокой температуре водород обезуглероживает высокоуглеродистую сталь. [c.158] При наличии сернистого газа в печной атмосфере окисление стали увеличивается, так как сера образует в окалине легкоплавкие соединения — сульфиды железа, которые понижают температуру плавления окалины. Кроме того, сернистый газ повышает содержание серы в поверхностном слое стали легированной стали сера приносит больший вред, чем углеродистой. [c.158] Окисление металлов при нагреве в печах открытого пламени не такой простой процесс, как указывается химическими реакциями взаимодействия кислород — металл, потому что по мере образования окислов на поверхности нагреваемого металла скорость дальнейшего окисления определяется не химическими реакциями, а диффузией реагирующих компонентов в слое образовавшейся окалины и зависит от структуры этого слоя. Структура окалины, образующейся из стали данного состава, зависит от состава газовой среды, температуры и продолжительности нагрева. [c.158] Это уравнение не всегда применимо для количественных расчетов, но достаточно точно выражает характер явления окисления для многих практических случаев. [c.159] Влияние на окисление стали печной атмосферы в зависимости от вида сжигаемого топлива при разной температуре нагрева металла показывает следующий пример. При сжигании коксовального газа с коэффициентом избытка воздуха а = 1,1 и температуре нагрева стальных заготовок 700° С угар составляет 0,25 кг м ч. При тех же условиях, но при работе печи на доменном газе угар составляет 0,13 кг м -ч, т. е. в 2 раза меньше. Нагрев коксовальным газом (а = 1,1) при 1000° С дает угар 1,05 кг1м ч, а при 1300° С — 3,7кг/м ч. При сжигании доменного газа угар при 1300° С составляет 3,2 кг/м -ч. Повышенный угар металла при работе печи на коксовальном газе объясняется тем, что в продуктах горения его содержится больше водяных паров, являющихся сильным окислителем. [c.159] ПОЧТИ постоянным. Объясняется это тем, что при коэффициенте избытка воздуха а = 1,2 наступает насыщение кислородом слоя окалины, отчего дальнейшее повышение содержания кислорода в печных газах пе оказывает заметного влияния на скорость окисления. [c.160] На фиг. 86 показана зависимость угара стали в процентах от диаметра и длины заготовок при нагреве в камерной и полуме-тодической печах. Из этих кривых видно, что с увеличением длины заготовок и с уменьшением их диаметра средняя величина угара стали уменьшается. [c.161] Угар различных марок стали при одних и тех же условиях неодинаков малоуглеродистые стали дают больший угар, высокоуглеродистые стали — меньший угар. Характер окалины также неодинаков и зависит от марки стали стали, имеюш,ие в своем составе легирующие примеси, например, хром, вольфрам, кремний, алюминий, дают сплошной, плотно прилегающий слой окалины. Характер окалины зависит и от атмосферы печи при нагреве в пламени с большим избытком воздуха образуется легко отделимая окалина напротив, нагрев в пламени с недостатком воздуха сопровождается образованием трудно отделимой окалины. Это обстоятельство необходимо учитывать, так как характер окалины оказывает большое влияние на дальнейшую обработку металла. Если сплошная и плотная окалина способствует уменьшению угара металла, то, будучи трудно отделимой, она затрудняет получение чистых поковок и способствует износу штампов. [c.161] Поверхностное обезуглероживание снижает качество поковок, особенно предназначенных для деталей, работающих под действием переменных нагрузок. Примером могут быть рессоры для различного вида транспорта, у которых неправильный нагрев отдельных листов может привести к обезуглероживанию их поверхностного слоя. [c.161] Даже самое лучшее выполнение перечисленных мероприятий позволит только уменьшить потерю металла на угар, но не обеспечит в полной мере все возрастающие требования к качеству нагрева металла. Желаемый эффект нагрева можно получить в печах безокис-лительного нагрева. Такой нагрев позволяет производить поковки точных размеров с чистой поверхностью при меньших затратах (гл. X). [c.162] Вернуться к основной статье