25. Газы в сталях и способы их удаления.
В любой стали в небольших кол-вах содержаться эл-ты, явл-еся в обычных условиях газами. Это O2, H и N. Газы содержащиеся в Ме-ле в виде газовых пузырей, соединений – оксидов, нитридов и гидридов. И в виде атомов или ионов, распределённых между атомами и ионами жидкого Ме-ла или внедрённых в кристаллическую решётку Ме-ла. При содержании газов в сотах или тысячных долях %, они оказывают заметное влияние на св-ва стали, поэтому для многих видов металлопродукции их содержание регламентируются ГОСТами.
Кислород.
Попадает в расплав стали из атмосферы сталеплавильных агрегатов. Fe и вместе с окислителями (это железная и металлическая руда, железорудные окатыши и газообразный кислород ). Для удаления кислорода из расплава, в сталь вводят эл-ты – раскислители , у которых сродство к кислороду выше чем у Fe (это С, Al, Mn, Si, Ca и редкоземельные Ме-лы). Основным раскислителем при плавке стали явл-ся С.
[C]+[O]→{CO}
Водород
Источником водорода в сталеплавильных агрегатах явл-ся влага шихты и атмосфера печи, содержащая пары воды и водорода
{H2}→[H]
{H2O}→[H]+[O]
Эта зависимость наз-ся ур-нием квадратного корня или ур-нием Сивертса.
При переходе Ме-ла из жидкого состояния в твёрдое, растворимость водорода скачкообразно уменьшается в 3-4 раза, что вызывает интенсивное выделение водорода из Ме-ла и образование газовых пузырей особой формы – это флокенов . Оставшийся в твёрдом растворе Н искажает кристаллическую решётку Ме-ла, увеличивает его хрупкость, уменьшает пластичность, что ухудшает качество Ме-ла.
Меры борьбы с водородом:
1 организация кипения ванны. В пузырьках СО давление настолько мало по-равнению с другими газами, что водород может растворятся в них как в пустоте. Тоже самое происходит при продувке расплава инертными газами.
2 обработка расплава вакуумом. При помещении расплава в вакуумную камеру давление Н над расплавом уменьшается и он начинает удалятся из Ме-ла. Наиболее эффективно вакуумирование нераскисленной стали.
3 выдержка закристаллизовавшегося Ме-ла при повышенных t-рах. Поскольку размеры атомов водорода малы, то он может свободно диффундировать через кристаллическую решётку закристаллизовавшегося Ме-ла, особенно при повышенных t-рах.
4 обработка расплава гидрообразующими эл-тами. Некоторые эл-ты (РЗМ) способны образовывать с водородом стойкие соединения гидриды и в этом случае уменьшается вероятность образования газовых пор и флокенов.
5 наложение электрического поля и обработка ультразвуком.
Азот.
Источником
азота явл-ся атмосфера печи и ферросплав.
При обычных t-рах
плавления стали вероятность насыщения
расплава азотом из газовой фазы невелика,
но при t-ре
≈2500 ͦС,
которая развивается в зоне горения
электрических дуг между электродом и
шахтой, и ферросплавом, а также в месте
контакта кислородной струи с расплавом
происходит диссоциация молекулярного
азота и скорость его проникновения в
расплав резко возрастает. На растворимость
азота в расплаве влияет состав стали.
Такие эл-ты, как Cr,
Mn,
V,
Ti,
Al,
Ce
и РЗМ повышают растворимость азота в
стали. А C,
Si
и Р снижают растворимость азота. Резкое
снижение растворимости азота при
переходе из жидкого состояния в твёрдое
и при превращении
приводит к получению твёрдого раствора
пересыщенного азотом, что увеличивает
твёрдость и хрупкость стали.
Меры борьбы с азотом:
1 использование шихтовых материалов и ферросплавов чистых по азоту.
2 организация кипения ванны расплава.
3 предохранение расплава от контакта с азот содержащей атмосферы.
4 продувка расплава кислородом не содержащим азот
5 связывание азота в устойчивые соединения за счёт ввода в расплав Al.