3. Обезуглероживание стали

Обезуглероживание стали при нагреве происходит в результате взаимодействия печных газов с углеродом, который находится в стали или в виде твердого раствора, или в виде карбида железа Fe₃C. Реак­ции обезуглероживания в результате взаимодействия различных газов с карбидом железа следующие:

Fe₃C + Н₂0 = 3Fe + СО + Н₂; 2Fe₃C +0₂ = 6Fe +2CO;

Fe₃C + С0₂ = 3Fe + 2СО; Fe₃C + 2Н₂ = 3Fe + СН₄.

Аналогичные реакции протекают при взаимодействии этих газов с углеродом, находящимся в твердом растворе. Установлено, что про­цесс обезуглероживания при взаимодействии газов с карбидом железа происходит при его предварительной диссоциации.

Скорость обезуглероживания определяется не только константами скорости записанных выше химических реакций, по также условиями процесса двусторонней диффузии.

Как константы скорости химических реакций, так и коэффициенты диффузии увеличиваются с повышением температуры. Поэтому глубина обезуглероженного слоя возрастает с увеличением температуры на­грева.

К числу газов, входящих в состав печной атмосферы и вызываю­щих обезуглероживание, относятся Н₂0, С0₂, 0₂ и Н₂. Наиболее силь­ным обезуглероживающим воздействием на сталь обладает Н₂0, а на­иболее слабым Н₂. Обезуглероживающая способность С0₂ увеличивает­ся с ростом температуры, а обезуглероживающая способность сухого Н₂ уменьшается. Водород в присутствии водяных паров оказывает очень сильное обезуглероживающее воздействие на поверхностный слой стали.

Степень обезуглероживания и глубину обезуглероженного слоя можно определить несколькими способами, из которых наиболее рас­пространенными являются следующие: измерение твердости поверхности образца до нагрева и после него в данной атмосфере (твердость зави­сит от содержания углерода) и анализ микроструктуры, выявляющий картину происшедших в стали превращений. Возможно, проведение хи­мических анализов последовательно срезаемых слоев металла, а также нахождение изменения его массы.

3. Защита стали от окисления и обезуглероживания

Вредное влияние окисления и обезуглероживания стали при нагре­ве на ее качество вызывает необходимость принимать меры, преду­преждающие эти явления. Наиболее полная защита поверхности стали достигается в печах, где исключается воздействие на нее окисляющих и обезуглероживающих газов. К таким печам относятся соляные и металлические ванны, а также печи, где нагрев ведется в контролируе­мой атмосфере. В печах подобного типа либо от газов изолируется нагреваемый металл, обычно закрываемый специальным герметичным муфелем, либо само пламя помещается внутрь радиационных труб, тепло от которых передается нагреваемому металлу без его контакта с окисляющими и обезуглероживающими газами. Рабочее пространство таких печей заполняют специальными атмосферами, состав которых выбирают в зависимости от технологии нагрева и марки стали. Защит­ные атмосферы приготовляют отдельно в специальных установках.

В последнее время широкое распространение получает способ соз­дания безокислительной атмосферы непосредственно в рабочем прост­ранстве печей без муфелирования металла или пламени. Это достига­ется при неполном сжигании топлива

(с коэффициентом расхода воз­духа 0,5—0,6). В состав продуктов сгорания при этом входят Н₂ и СО наряду с продуктами полного сгорания Н₂0 и С0₂. При определенном соотношении этих газов в смеси нагрев стали происходит без окисле­ния ее поверхности.

Уменьшение окалинообразования может быть достигнуто также в результате сокращения времени нагрева металла, что осуществляют установлением наиболее рационального теплового и температурного режимов работы печей.