Газы в сталях

В обычных условиях выплавки невозможно получить сталь, не содержащую газы – азот и водород.

Это связано с тем, что

Fво-первых, любой материал, применяемый для плавки стали, содержит газы;

Fво-вторых, по ходу обычной открытой плавки неизбежен контакт металла с газовой фазой, содержащей азот и водород или водяные пары, и может растворять их.

Растворение азота и водорода в железе подчиняется общей закономерности – закону квадратного корня: равновесное содержание газа в жидкой стали пропорционально корню квадратному из парциального давления его в газовой фазе.

Закон установлен немецким исследователем Сивертсом.

Математически этот закон выражается уравнением

где [Г] – содержание газа (азота или водорода) в железе;

– парциальное давление его в газовой фазе;

– коэффициент пропорциональности (константа растворения), при 1600 ^оС , .

Таким образом получаем: ;

.

На константу растворения оказывают влияние различные примеси. Эти примеси можно разделить на три группы:

Ø повышающие (V, Nb, Cr, Ta) ; (РЗМ, Ti, V, Nb, Cr);

Ø снижающие (С, Si) ; (C, B, Si, Al);

Ø не изменяющие (Mn, Mo, W, Cu, Ni, Co) ; ( Mn, Mo, Cu, Ni, Co);

Важной общей закономерностью поведения газов является следующая: растворимость газов в металле изменяется скачкообразно при переходе из жидкого состояния в твердое и при аллотропических превращениях в твердом состоянии, причем высокотемпературная модификация δ-Fe растворяет меньше газов, чем низкотемпературная γ-Fe.

[H], см³/100г [N], %

400 800 1200 1600 t, ^oC

Зависимость растворимости азота (1) и водорода (2)

от температуры при парциальном давлении 0,1 МПа.

[H],%

500 900 1300 t °С

Растворимость водорода в жидком железе

. [N],%

0,04

0,02

0

600 1000 1400 t °С

Растворимость азота в жидком железе

Растворимость кислорода в железе