Азот в стали

Азот почти всегда присутствует в атмосфере сталеплавильного агрегата. При обычных температурах сталеплавильных процессов (1450—1600 °С) интенсивность перехода азота в металл из газовой фазы невелика. Однако при очень высоких температурах, превышающих 2500 °С (например, в зоне электрических дуг при выплавке стали в дуговых электропечах, в зоне контакта кислородной струи с металлом при продувке ванны кислородом), молекулы азота диссоциируют и скорость проникновения в металл атомов азота резко возрастает.

Примеси, образующие прочные нитриды (хром, марганец, ванадий, титан, алюминий, церий и другие редкоземельные металлы), повышают растворимость азота в стали; примеси, не образующие нитридов (углерод, фосфор) или образующие непрочные нитриды (кремний), но сами вступающие с железом в химическое взаимодействие, заметно снижают растворимость азота.

Растворимость азота в железе изменяется в зависимости от температуры и состава металла (рис. 4.1, в).

Резкое снижение растворимости азота при переходе из жидкого в твердое состояние и при превращении -Fe в -Fe в случае быстрого охлаждения металла приводит к получению перенасыщенного азотом твердого раствора, из которого в процессе эксплуатации по границам зерен выделяются нитриды, повышающие твердость, увеличивающие хрупкость и снижающие пластичность ("старение" металла).

Особенно вредно ухудшение свойств металла, в котором много азота, при эксплуатации в условиях низких температур.

Методы снижения концентрации азота в стали:

1) использование чистых по азоту шихтовых материалов;

2) организация кипения ванны (удаление с пузырьками СО) или продувка металла инертными газами;

3) предохранение металла от соприкосновения с азотсодержащей атмосферой в зоне очень высоких температур или искусственное охлаждение этой зоны;

4) использование для продувки кислорода, не содержащего примесей азота;

5) связывание азота в прочные нитриды при введении в сталь нитридообразующих элементов (например, алюминия при производстве низкоуглеродистой "нестареющей" стали);

6) обработка металла вакуумом.