12 Раскисление, легирование, рафинирование и модифицирование металла при сварке. Раскисление металла при сварке.

Раскисление – процесс удаления из жидкого Ме кислорода, как растворённого в основе сплава, так и диспергированного в виде химических соединений с другими элементами. Удалить кислород из Ме можно воздействием раскислителей или шлака. Раскислители в результате взаимодействия с окислами Ме могут образовывать продукты реакции, либо газообразные, либо конденсированные (жидкие и твёрдые).

Раскисление с получением газообразных продуктов реакции.

Существуют две типичные реакции этого вида раскисления Ме.

Раскисление углеродом.

Раскисление углеродом происходит в 2 этапа:

1. 

2. 

Наблюдается одновременное присутствие железа, его закиси, углерода, окиси углерода, двуокиси углерода. Где и при каких условиях будут протекать эти реакции? В условиях равновесия Fe, FeO, C, CO, CO₂. Диапазон температур Т = 400…1200С.

О бласть I – область устойчивого существования восстановленного Fe. Эта область уменьшается с ростом температуры. Ей отвечает наличие преимущественно восстановительной среды в виде CO.

Область II – устойчивое существование FeO. Она появляется при температуре  600С и увеличивается с ростом температуры. В отличие от первой области ей отвечает наличие окислительной среды, заметное количество CO₂. В результате начинает развиваться процесс окисления железа по реакции

Или процесс окисления железа с образованием окиси

Если имеется магнетит (Fe₃O₄), восстановление происходит по реакции

Область III – область устойчивого существования магнетита. При температуре свыше 600С эта область уменьшается. Ей характерна более сильная окислительная среда, из-за наличия значительного количества CO₂. Поэтому в этой области окислительный процесс продолжается

Реальный сварочный процесс протекает при ещё более высоких температурах и можно предположить следующее: При окислении Ме устойчивой формой оксида железа будет FeO. Раскисление Ме углеродом идёт только по реакции образования окиси углерода. Т.к. при высокой температуре этот продукт очень устойчив

Отсюда определяют равновесную концентрацию закиси Fe в Ме считая, что содержание Fe в стали  1 и выразив концентрацию окисла углерода через парциальное давление получим

Если полагать, что в процессе сварки в области высоких температур парциальное давление углерода  1, то

Рассмотрим зависимость содержания растворённой в Ме закиси железа от содержания в нём углерода.

С увеличением содержания углерода в Ме в нём интенсивно уменьшается количество закиси железа. С ростом температуры процесс раскисления углерода убыстряется и раскисление идёт значительно полнее, чем при более низких температурах. Однако, несмотря на очень хорошую раскислительную способность углерод, как раскислитель, находит ограниченное применение. Это объясняется двумя обстоятельствами:

1. Возможность образования пор в Ме шва, особенно на участках, кристаллизующихся в последнюю очередь, сильно насыщенных углеродом. При сварке будут идти реакции выгорания углерода.

2. Возможность повышения содержания углерода в Ме шва, а это не всегда допустимо.