ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Кислородно-конверторный процесс из "Металлургия стали " В обычных условиях выплавки невозможно получить сталь, не содержащую газы — азот и водород. Это связано с тем, что, во-первых, любой материал, применяемый для плавки стали, содержит газы во-вторых, по ходу обычной открытой плавки металл неизбежно соприкасается с газовой фазой, содержащей азот и водород или водяные пары, и может растворять их. [c.288] Другой важной общей закономерностью поведения газов является следующая растворимость газов в металле изменяется скачкообразно при переходе из жидкого состояния в твердое и при аллотропических превращениях в твердом состоянии, причем высокотемпературная модификация 8-Fe растворяет меньше газов, чем низкотемпературная y-Fe (рис. 60). [c.290] Наиболее неприятным свойством рассматриваемых газов является малая растворимость их в a-Fe, особенно в области низких температур (рис. 60). [c.290] Это различие объясняется неодинаковыми условиями поглощения и выделения азота во время плавки. [c.291] В мартсиовском процессе условия для поглощения азота менее благоприятные, так как металл отделен от газовой фазы слоем шлака (по крайней мере, в период доводки), который является почти непроницаемым для азота (шлак растворяет азот в очень незначительных количествах). Кроме того, в результате кипения ванны пузыри СО уносят азот из металла в газовую фазу. Поэтому в мартеновской стали наблюдается низкое содержание азота при высоком парциальном давлении его в газовой фазе [0,06—0.07 МПа (0,6—0,7 ат)]. [c.292] В дуговой электропечи условия близки к мартеновским, но электрическая дуга оказывает активизирующее действие на азот, что приводит к повышению его концентрации в металле. [c.292] В кислородных конверторах содержание азота зависит от содержания его в дутье, причем при высокой температуре, наблюлаемой в зоне взаимодействия дутья и металла ( 2000°С), по распределению азота между металлом и газовой фазой достигается равновесие. [c.292] Сравнение данных о содержании азота в стали, полученной разными способами, с растворимостью этого газа в железе (см. рис. 60) показывает, что остаточное содержание азота, как правило, меньше его растворимости не только в v-Fe, но даже в O-Fe. Поэтому при затвердевании металла азот может оставаться в растворе, но при превращении v-Fe в a-Fe и дальнейшем охлаждении a-Fe растворимость азота становится значительно меньше фактического содержания его в металле. Следовательно, создаются условия для выделения азота из твердого раствора. Однако эти термодинамические возможности не реализуются и азот остается в йеталле, образуя пересыщенный раствор. Такой пересыщенный раствор может сохраниться не только во время обработки горячего металла, но и после, причем в течение длительного времени (даже многие годы). Однако выпадание азота из пересыщенного раствора возможно в Любое время, например при штамповке с большой скоростью, при работе готовых изделий при повышенных тейпературах. Выпадение азота из раствора снижает пластичность и прочность стали и называется старением. [c.292] Явление старения стали — это один из серьезных пороков, вызываемых повышенным содержанием азота. Для устранения этого явления в сталь вводят элементы, резко снижающие растворимость азота в жидком железе Si, Al, V, Ti, Zr и др. При введении таких элементов основное количество азота выпадает из раствора в виде первичных и вторичных нитридов, а остаточное содержание его в растворе не превышает растворимости в твердом железе при обычной температуре и не может вызывать явление старения. Выделяющиеся из раствора нитриды (51зЫ4, AIN, VN, TiN, ZrN и др.) в большей части фиксируются в объеме затвердевшего металла в виде неметаллических включений, которые, как правило, тоже снижают качество стали, но в меньшей степени. [c.293] С повышением содержания азота также понижается пластичность стали, но возрастают ее прочностные и другие характеристики. Поэтому азот в некоторых случаях используется в качестве полезной примеси стали. Тогда его вводят (до 0,015—0,03% и выше) в сталь, как правило, в виде ферросплава, насыщенного азотом. [c.293] Содержание водорода в стали в конце плавки мало зивисит от типа процесса и обычно составляет 3— 6 мл/100 г металла. Это значительно выше растворимости его в a-Fe (см. рис. 60). К тому же пока не найдены элементы, которые могли бы в стали образовать прочные, нерастворимые в жидком железе гидриды. Поэтому водород выделяется из металла в виде газа, как правило, в области температур ниже 800—950°С (после окончания прокатки или ковки). Выделение водорода может вызвать образование внутренних трещин, называемых флокенами. Большой склонностью к образованию флокенов обладают обычно легированные стали. [c.293] При повышенном содержании водорода в легированной стали также наблюдается большое развитие шиферного (каменисто-слоистого) излома и некоторых других пороков. В некоторых случаях, например при введении в металл большого количества предварительно непрокаленного богатого ферросилиция, содержание водорода в жидкой стали повышается до значений выше растворимости в б-Ре. Тогда наблюдается выделение водорода уже в процессе кристаллизации слитка легированный металл в изложнице растет подобно кипя-шему или полуспокойному. Такое явление недопустимо и может возникать только при грубом нарушении технологии легирования стали кремнием. Богатый ферросилиций всегда имеет высокое содержание водорода, так как может поглощать его из атмосферы, образуя гидриды 51Н4 и др. Эти гидриды при нагреве легко разлагаются. Поэтому перед введением большого количества ферросилиция в металл его необходимо хорошо прокалить для удаления водорода. Небольшие количества ферросилиция, вводимые в металл можно не прокаливать. [c.294] Содержание водорода в металле по ходу и в конце плавки зависит от состава газовой фазы, содержания водорода в материалах плавки, интенсивности окисления углерода и др. Степень влияния этих факторов в разных агрегатах не всегда одинакова. [c.294] Наиболее эффективным способом снижения отрицательного влияния водорода на качество стали является ее обработка вакуумом и инертным газом. Характерно, что при такой обработке достигается удаление водорода до 60—80% и более, тогда как азот удаляется на 10— 20%. Такая высокая степень удаления водорода объясняется малыми размерами его частиц в жидком металле и высоким значением коэффициента диффузии [н]= = 2,5 10 2 см с, тогда как =6-10- м / . [c.294] Высокий эффект удаления водорода при продувке металла нейтральным газом наблюдается только тогда, когда над металлом нет печного шлака, который имеет высокое содержание водорода (см. разд. П,.гл. 3, 3) и снижает эффект продувки. [c.294] При продувке металла нейтральным газом невозможно создать в вакуумной камере очень низкое остаточное давление. Однако если даже поддерживается р=0,04-н0,05 МПа (0,44-0,5 ат), то этого достаточно для уменьшения расхода нейтрального газа примерно в два раза. Следовательно, эффект дегазации металла может быть повышен при комбинированном применении продувки аргоном и вакуумирования. [c.295] Вернуться к основной статье