РАСТВОРЕНИЕ АЗОТА
На основании данных об изменении растворимости азота в железе (рис. 12.5) можно сделать следующие выводы: 1) растворимость азота в - и -Fe возрастает при повышении температуры; 2) растворимость азота в -Fe при повышении температуры снижается, что объясняется снижением прочности нитрида Fe4N; 3) растворимость азота при переходе из жидкого состояния в твердое и из одного аллотропического состояния в другое резко изменяется; 4) растворимость азота в жидком железе с повышением температуры возрастает. Для процесса растворения азота в жидком железе характерны, по крайней мере, две стадии: 1) диссоциация молекулярного азота на атомы N2 → 2N — сопровождается поглощением тепла и 2) растворение атомарного азота N → [N] — сопровождается выделением тепла. Поскольку ΔHцис> Δhраст, суммарный процесс протекает с поглощением тепла. При повышенных температурах наблюдается увеличение содержания азота в металле (например, при продувке техническим кислородом с повышенным содержанием азота, в высокотемпературной зоне дуги при электродуговом обогреве и т. п.). При 1600 °С и p H2=0,1МПа растворимость азота в жидком железе близка к 0,044 %. При этих условиях азот образует с железом раствор, близкий к идеальному. Образование нитридов железа (Fe4N, Fe2N) происходит в процессе охлаждения закристаллизовавшегося металла (в основном в области у?6)- По влиянию на растворимость азота в жидком железе элементы-примеси металла можно разделить на две группы.
1. Образующие прочные нитриды (ванадий, ниобий, лантан, церий, титан, алюминий). Эти элементы повышают растворимость азота в железе. Такие примеси, как хром, марганец, молибден, обычно нитридов не образуют, но они характеризуются большим химическим сродством к азоту, чем к железу, поэтому также заметно увеличивают растворимость азота.
2. Не образующие нитридов (углерод, никель, медь, фосфор) или образующие с азотом соединения, менее прочные, чем с железом (кремний). Эти элементы заметно снижают растворимость азота в железе.
Рис. 12.5. Растворимость азота в жидком железе
Рис. 12.6.Растворимость азота в сплавах железо—легирующий элемент R при нормальном давлении и температуре 1600 °С
Влияние содержания примесей железа на растворимость в нем азота видно из рис. 12.6. При охлаждении стали, содержащей азот, нежелательным является скачкообразное изменение растворимости. При быстром охлаждении азот не успевает выделиться и раствор становится пересыщенным. Процесс выделения избыточного азота протекает во время эксплуатации готового изделия и во многих случаях приводит к ухудшению свойств стали (старение и связанное с этим скачкообразное повышение прочности и понижение пластических свойств). Размеры частиц азота в металле значительно больше, чем водорода, поэтому скорости диффузии азота в железе более низкие. Коэффициент диффузии водорода в жидком железе Dн = = (8,0 + 9,0) • 10~3 см2/с, тогда как для азота D n = 3,77 • 10~5 см2/с, т. е. ниже на два порядка, поэтому при снижении давления (обработка вакуумом) водород удаляется из металла с большей интенсивностью, чем азот.
Наличие в железе поверхностно-активных примесей заметно влияет на процессы растворения (и соответственно выделения) азота. Так, например, кислород является поверхностно-активной примесью. В результате присутствия в расплаве кислорода образуется богатый кислородом поверхностный слой, приводящий к снижению скорости перехода азота через границу газ—жидкий металл, поэтому при малой степени раскисленное™ и небольшом перегреве металла над ликвидусом можно продувать сталь азотом без опасения получить чрезмерно высокое его содержание. Иное развитие у процесса, когда металл хорошо раскислен либо когда в агрегате или в какой-то локальной зоне (например, в зоне электрических дуг или в зоне подачи технического кислорода в ванну) имеют место заметные перегревы металла.
В среднем можно принять, что в кислородно-конвертерной среднеле-гированной стали содержится 0,002— 0,005 % N, в мартеновской стали — 0,004-0,008 % N и в электростали — 0,006-0,012% N.
Дата добавления: 2015-06-22; просмотров: 1120;