1. Какое влияние оказывает температура нагрева стали 08кп в атмосфере воздуха на: а) Термодинамическую возможность ее окисления, б) скорость ее окисления.

а) Термодинамическая возможность коррозии падает: Для реакции окисления компактного металла кислородом с образованием твердофазной оксидной пленки mMe_(тв) + (mn/4)O_2(газ) = Me_mO_mn/2(тв) изменение энергии Гиббса определяется по формуле: Так как фазы – конденсированные, то a = 0; Используя уравнение изобары Вант-Гоффа: ; и учитывая, что процесс окисления – экзотермический т.е. ΔH⁰ < 0, получаем, что при Т↑ Кр↓, откуда (Ро2)_{равновесное}↑, следовательно Термодинамическая возможность окисления металла падает с ростом температуры. б) Скорость окисления увеличивается экспотенциально, так как увеличивается константа скорости в кинетическом уравнении по з-ну Аррениуса: , где k – константа скорости химической реакции или коэффициент диффузии, А – постоянна, формально равная k при 1/Т=0, Q – энергия (теплота) активации химической реакции или диффузии, R = 1,987 ккал/моль или кал/г-атом Ме – газовая постоянная, Т – температура.

2. Где выше скорость высокотемпературного окисления стального полуфабриката (лист, блюм и др.) на плоской поверхности или на углах и ребрах?

В образующейся на металле защитной пленке может возникать внутренние напряжения сжатия на неровной поверхности металла, в результате которых образуются отрывающие усилия. Напряжения могут вызывать механическое разрушение, что приводит к замене диффузионного контроля дифф-кинет. или кинет. контролем, т.е. к переходу Ме к парабол з-ну или слонопарабол или линейн з-нам. Пленка образующаяся не по тому закону растет пористой, поэтому не защищает. Углы и ребра – поверхности неровные, поэтому на них внутренние напряжения выше, особенно напряжения сжатия, что приводит к разрушению оксидной пленки с отслаиванием + растрескивание на углах.

3. Какой фазовый состав имеет окалина на железе при температуре окисления Т1=400 °С и Т2=900 °С ? Какие уравнения окисления металлов (линейное, параболическое, степенное, логарифмическое) в наибольшей степени применимы к окислению Fe соответственно при температурах Т1 и Т2 ?

Диффузия реагирующих компонентов в стационарных условиях является контролирующей стадией, то скорость роста толстой пленки будет зависит только от сопротивления диффузии реагентов ,которое прямо пропорционально ее толщине: dh/dt=k/h, разделив переменные и интегрируя, получаем:h²=k_парτ+с₂. В соответствии с теорией образования оксидных пленок, на поверхности железа образуется многофазная пленка, где на границе раздела пленка-газ, находится высший оксид, т.е. Fe2O3. 400 градусов – Fe3O4 | Fe2O3 – з-н параболический (до 300 - линейный). 900 градусов – Fe | FeO | Fe3O4 | Fe2O3 – з-н параболический.

4. Как уменьшить скорость окисления стальной (ст3) заготовки при ее нагреве в печи (Т=1100°С) под прокатку?

Сталь 3 – углеродистая сталь %С = 0,14~0,22%.

1. Сжигание топлива с недостатком воздуха: применение печей с открытым пламенем, в которых продукты горения газа омывают нагреваемый металл. Уменьшение окисления металла достигается в таких печах при сжигании топлива с большим недостатком воздуха при коэффициенте его расхода ~0,5, что значительно уменьшает окислительную способность продуктов горения и уменьшает угар металла (особенно заметно, когда в продуктах горения содержится около 16% СО). (№333 стр 61)

2. Скоростной нагрев: заключается в уменьшении времяпребывания металла при высокой температуре, что уменьшает его угар (Индукционный нагрев, скор. нагрев в пламенных печах)

3. Введение защитной газовой завесы: заключается в подаче защитной атмосферы большого давления, способствующего образованию защитного слоя по всей длине материала.

4. Введение добавок в топливо: в частности введение трихлорида бора BCl₃ при 1100 С в 4-6 раз уменьшает угар металла из за образования стеклообразной массы B₂O₃.

5. Применение защитных покрытий и обмазок: заключается в нанесении на поверхность Ме термостойких, нерастрескивающихся в процессе термообработки красок.

Для Ст3 наиболее эффективный, с экономической точки зрения, способ уменьшения окисления путем сжигания топлива с недостатком воздуха.