- •1.Общие сведения об углеродистых сталях и диаграмма состояния Fe - Fe3c
- •2.Сплавы на основе железа и их классификация
- •3. Общие принципы маркировки легированных сталей.
- •4.Конструкционные стали
- •4.1 Углеродистые стали обыкновенного качества
- •4.2 Углеродистые качественные стали
- •4.3 Углеродистые инструментальные стали
- •4.3.1 Быстрорежущие стали
- •5.2.1 Конструкция и работа мартеновской печи
- •6.Влияние углерода
- •7.Водород в стали
- •7.1 Растворимость, диффузия и способность к проникновению водорода в сплавах железа и в стали
- •7.2 Влияние поглощения водорода на механические свойства.
- •7.2 Водород как легирующий элемент
- •7.4 Водород как причина некоторых пороков стали
- •7.5 Влияние водорода при выплавке и обработке стали
- •8. Азот в стали
- •8.1 Общие сведения
- •8.2 Система железо - азот
- •8.4 Влияние азота на свойства стали
- •8.5 Азот как легирующий элемент
- •8.6 Повышение поверхностной твердости путем азотирования
- •8.7 Азотируемые стали в технике
- •8.8 Свойства азотированного слоя
- •8.9 Применение азотирования
- •8.10 Цианирование
- •8.11 Влияние азота при выплавке и обработке стали
- •9. Кислород в стали
- •9.1 Система железо — кислород
- •9.2 Влияние кислорода на свойства стали
- •10. Влияние постоянных примесей на свойства сталей
- •11.3 Борирование сталей
7.5 Влияние водорода при выплавке и обработке стали
Ванна расплавленной стали может поглощать значительные количества водорода, тем большие, чем выше парциальное давление водорода (ионизированного) над расплавом и чем ниже парциальное давление других газов внутри ванны.
После расплавления в ванне всегда имеется некоторое количество водорода, который попадает из влаги печных газов, шихты и шлака. В период окисления водород может вместе с окисью углерода улетучиваться из ванны. Однако для этого требуется определенная скорость фришевания: в кислых мартеновских печах 0,3% С в час, в основных 0,5%.
Удаление водорода из ванны может быть достигнуто также продуванием других газов, например аргона или сухого воздуха. Продувка чистым кислородом во время фришевания в основной дуговой электропечи, как это в настоящее время часто делается, также приводит к существенному снижению содержания водорода.
8. Азот в стали
8.1 Общие сведения
Роль азота в промышленных железе и стали можно рассматривать с трех точек зрения:
1.Азот, неизбежно поглощаемый при плавке стали вследствие контакта жидкой ванны с воздухом, вызывает определенное изменение свойств, что проявляется в характерном различии между конвертерной сталью и сталью, изготовляемой на поду (мартеновская, электросталь).
2.Влияние азота как легирующего элемента сравнимо с влиянием углерода. Азот относится к тем элементам, которые расширяют -область и оказывают гораздо большее по сравнению с углеродом влияние в смысле стабилизации аустенита.
3.В связи с тем, что азот сравнительно легко и в большом количестве может диффундировать в железо и его сплавы, азотирование все более широко применяют для повышения поверхностной твердости. Этот процесс имеет существенные преимущества по сравнению с цементацией. При цементации азот в ряде случаев может, хотя и в меньшей степени, диффундировать совместно с углеродом (цианирование).
8.2 Система железо - азот
В жидком состоянии при атмосферном давлении железо поглощает азот сравнительно слабо и, кроме того, поглощенный азот при затвердевании железа частично выделяется. Поэтому изучать систему железо — азот обычным путем на сплавах, выплавленных с различным содержанием последнего, затруднительно; более успешно это было сделано путем использования диффузии в твердом состоянии, в частности в исследованиях Фри, которые легли в основу построения первой диаграммы состояния.
Если длительно нагревать в струе аммиака не порошок, а компактное железо, то на поверхности образуются ясно выраженные нитридные слои.
Если же после азотирования ведут медленное охлаждение, то в азотированной при 680°С поверхностной кромке ясно различаются две зоны, одна из которых соответствует составу Fe2N, другая отвечает составу Fe4N.
На рис. 23 представлена диаграмма состояния железо — азот, построенная по данным последних исследований. Фазы в системе железо – азот и их основные параметры приведены в таблице 7.
Процесс изотермического превращения аустенита в сплавах железа с азотом аналогичен такому же процессу в сплавах железа с углеродом однако пои всех температурах он идет медленнее, чем в сплавах с углеродом. Таким образом, азотистый аустенит существенно устойчивее по сравнению с углеродистым. Точный ход мартенситной линии в системе железо — азот еще не определен. Следует, однако, заметить, что при введении 0,6% N в эвтектоидные углеродистые стали мартенситная точка снижается с 205 до 150°С.
Наиболее известным структурным признаком содержащего азот железа являются иглы нитридов (рис. 22), в основном состоящие из '-фазы. Азот проникает преимущественно по границам зерен, на которых наблюдаются скопления нитридов, в то время как внутри зерен наблюдаются только мелкораспределенные иглы этой фазы.
Таблица 7 – Фазовые составляющие диаграммы состояния железо – азот и их основные параметры
Фазы |
Структура |
Периоды решетки, нм |
Примечание |
|
ОЦК |
=0,2860 |
Максимальная растворимость 0,1% N при 590°С |
|
ГЦК |
=0,3571 При 1,46% N =0,3610 При 2,33% N =0,3646 |
Максимальная растворимость 2,80% N при 650°С |
|
ГЦК |
=0,379 |
Максимальная ширина области гомогенности: от 5,30 до 5,75% N |
|
ГПУ |
=0,2660-0,2764 =0,4344-0,4420 |
Очень широкая область гомогенности; 4,35-11,0% N |
|
Орторомбическая |
=0,276 =0,483 =0,4425 |
Область гомогенности от 11,1% до 11,5% N при 450°С |
|
ОЦТ |
=0,571 =0,629 |
Метастабильная фаза, наблюдаемая ниже 200°С при выделении азота из феррита и при отпуске азотистого мартенсита |
Х1500 Х1000
Рис. 21. Иглы нитридов железа - электролитическое железо, азотированное 24ч в NH3 при 680°С |
Рис. 22. Мягкая сталь с 0,025% N, выплавленная в электродуговой печи. |
Рис. 23. Диаграмма состояния железо - азот
8.3 Сплавы железа с азотом
В присутствии азота в сплавах железа с углеродом происходит либо замещение атомов углерода атомами азота в цементите, либо внедрение атомов азота в его решетку рис. 24. Точка Кюри цементита при введении азота снижается, а разложение такого цементита начинается при более высокой температуре.
Рис. 24 Светло – желтые хорошо ограниченные участки структурной составляющей азотированного железа |
Таким образом, азот повышает устойчивость карбида. В эвтектоидных углеродистых сталях в результате введения 0,6% азота латентный период промежуточного превращения значительно увеличивается (почти в 1000 раз) и сам процесс превращения значительно замедляется. Дать точные указания о составе структурных составляющих в легированных, улучшаемых сталях еще труднее, чем в углеродистых.