1. Кіріспе
Қазіргі болат металлургияда, легирлеу элементтері материалдың механикалық нұсқасын белгілейді, химиялық, және жылу өнімділігі.
Олардың арасында, азот (N) ретінде тұрады Екі жақты қылыш.
Бір жағынан, Бұл ерекше нығайтады, Астықты нақтылау, және коррозияға қарсы артықшылықтар; екінші жағында, ол толып кетуі мүмкін, кеуелік, және дәнекерлеу ақаулары.
, Сорт, Азоттың мінез-құлқын игеру және оның мазмұнын дәлдікпен басқару - әлемдегі болатматерлер үшін өте маңызды болды.
Бұл мақалада азотты болаттан жасалған мультипликацияланған рөлді қарастырады, Іргелі ғылымды араластыру, Нақты әлем туралы мәліметтер, және өнеркәсіптік озық тәжірибелер a кәсіби, авторант, жіне сенімді келешек.
2. Темір және болаттан азот негіздері
Болатдағы азоттың әрекетін түсіну оның формаларын қарауды қажет етеді, Ерітінділердің шектеулері, Басқа элементтермен өзара әрекеттесу, және аналитикалық әдістер.
Келесі бөлімде, Біз практикалық бақылау және металлургиялық дизайн үшін берік негіз қалау үшін әр аспектпен таныстық.
Азоттың формалары мен таралуы
Бірінші, Азот үш негізгі күйде, балқытылған және қатты болаттан көрінеді:
- Тұрақты еріген азот азот
Азот атомдары темір тордағы октаэдрлік учаскелерді иемденеді, сонымен қатар бет-әлпеті (ауулениттер) және денеге негізделген текше (феррит).
Ақиқатында, -та 1200 ° C және 1 жәшік, Остенит ериді 0.11 wt% n, ал феррит кем емес 0.01 wt% Дәл осындай жағдайларда. - Нитрид тұнбасы
Болат салқындаған кезде, Жұқа бөлшектерді қалыптастыру үшін ерітілген титан және алюминийді түсіретін күшті нитрид-қалыптастыру элементтері (20-100 нм).
Мысалы, Aln және Tin көрмесі - 180 KJ / MOL және -184 KJ / MOL тегін энергиясын қалыптастыру 1000 ° °, тиісінші, бұл оларды жоғары тұрақты және тиімді астық шекаралары. - Газ тәрізді азот (Н₂) Қалталар
Егер ерітілген n қаттылық кезінде ерігіштігінен асып кетсе, ол нуклеатқа n₂ көпіршіктер сияқты болуы мүмкін.
Тіпті қарапайым 0.015 wt% ерітілген n кеуектілік тудыруы мүмкін 0.1-0,3% ингот көлемінің көлемі, Механикалық тұтастыққа зиян келтіру.
Ерітінділер және фазалық тепе-теңдік
Сосын, FE-N екілік фазалық диаграмма температураның сыни ауысуларын көрсетеді:
- Жоғары температуралы β-аустенит өрісі
Шамамен жоғары 700 ° °, тек бір γ-Austenite фазасы тек интерстициальды n ұстай алады. Шыңдар жақын 0.11 wt% -та 1 200 ° C және атмосфералық қысым. - Нитирид және газ эволюциясы суб-700 ° C
Температура төмендейді, торда артық емес. Астында 700 ° °, азот неғұрлым тұрақты нитридтер сияқты тұндырады (E.Г., Әдемі, Фольга) немесе N₂ газын құрайды.
Бөлме температурасында, ерігіштік құлайды < 0.005 wt%, Салқындатқыштық ставкалар мен қорытпалар дизайны N-ге тиімді бөлу үшін қажет. - Қысым әсерлері
Аргонның немесе азоттың ішінара қысымды ұлғайту ерігіштігін өзгерте алады: а 5 Банкомат n₂ атмосферасы жоғары температуралы ерітінділерді жоғарылатады 15%,
Бірақ металлургияның көпшілігі жақын 1 жәшік, вакуумдық емдеудің маңыздылығын бұзу.
Легирлеу элементтерімен өзара әрекеттесу
Үстіне, Азот жалғыз әрекет етпейді. Бұл микроқұрылым мен қасиеттерге әсер ететін күрделі өзара әрекеттеседі:
- Күшті нитрид-сыныптар
Титан, алюминий, Ниобий азотты қалайы ретінде бекітіңіз, Әдемі, немесе nbn.
Бұл тұнбалар дәнді дақылдар шекараларын және Остенитке нақтылайды, ол трансформациядан кейін ферритті немесе мартенситті тікелей аударады. - Көміртекті және марганец қосылған орташа аффитенттер
Азот көміртегімен бірге, сондай-ақ MN₄N формасын қалыптастыру үшін FE₄n немесе марганецті тартуға болады.
Төмен легірленген болаттарда, Бұл нитридтер астық шекараларымен қатар жүреді, Егер құсбелгі қойылса, қаттылықты азайту. - Хроммен бірге синергия Тот баспайтын болаттар
Остениттік бағаларда (E.Г., 316, 2205 дуфлекс), Азот пассивті фильмнің тұрақтылығын арттырады.
Әркім 0.1 % n Қосымшалар Pinting қарсылық балама санын көтере алады (Орман) туралы 3 қондырғылары, Хлоридке қарсы коррозияға төзімділікті жақсарту.
Өлшеу және талдау әдістері
Соңында, Нақты азотты сандық есептеу кез-келген бақылау стратегиясын анықтайды. Негізгі әдістерге жатады:
- Инертті-газды синтездеу (Leco анализаторы)
Операторлар болат үлгіні графитке графитті ерітеді; Азықталған N₂ инфрақызыл детектор арқылы өтеді.
Бұл әдіс жеткізеді ± 0.001 wt% дәлдікке дейін 0.003 wt %% жалпы n. - Тасымалдаушы-газ ыстық экстракция
Мұнда, Вакуумды пештің шығарылуындағы балқытылған үлгілер еріген және біріктірілген азотты бөлек.
Уақытпен N₂ Evolution бақылауымен, Зертханалар интерстициальды n-ді ажыратады, нитридтер, және газ тәріздес қалталары. - Вакуумдық инертті газды синтездеу
Дегессиялық қадамдардың тиімділігін тексеру, Көптеген өсімдіктер жұмыс істейтін вакуумды синтездеушілерді пайдаланады 1-10 мбар.
Бұл құралдар ерітілген n-дағы PPM өзгерістерін анықтайды, Мақсатты шектерден төмен деңгейлерді сақтау үшін бағыттау процесін түзету (E.Г., ≤ 20 бет көру Ультра таза болаттарда).
3. Болаттан азоттың пайдалы әсері
Азот инженерлер оның концентрациясын дәл басқарған кезде бірнеше артықшылықтар береді.
Астында, Біз екі негізгі артықшылықты зерттейміз - олардың әрқайсысы сандық мәліметтермен расталады және болат өнімділігін қалай көрсететінін көрсету үшін нақты ауысулармен бірге байланыстырады.
Қатты шешімді нығайту
Бірінші және ең алдымен, Ерітілген азот атомдары темір торын бұрмалайды және дислокация қозғалысына кедергі келтіреді.
Әр 0.01 wt% интерстициальды n әдетте қосады ≈ 30 МПа беріктігін беру.
Мысалы, Микроэллоидты болатта бар 0.12 wt% c және 0.03 wt% n, кірістіліктің беріктігі жоғарылайды 650 MPA аяқталды 740 MPA - 14% -дан астам өсім, тек икемділігімен қарапайым сауда-саттым.
Нитрид арқылы астықты нақтылау
Үстіне, Азот пішінді ультра жұқа нитридтер түзеді (20-100 нм) Әл және Ти сияқты күшті нитрид-формалармен.
Бақыланатын салқындату кезінде, Бұл түйіршіктер түйіршіктерінің шекараларын тудырады. , Сорт, Орташа аустенит дәнінің мөлшері шамамен төмендеді 100 мкм төмен 20-30 мкм.
Кезек бойынша, Тазартылған микроқұрылымдар -20 ° C-тан жоғары деңгейге дейін randy-v соққыларын арттырады 15 Ж, Сонымен қатар, біркелкі ұзартуды 10-12% жақсарту.
Коррозияға төзімділікті арттыру
Сонымен қатар, Тот баспайтын және дуплексті болаттардағы шомылдыру және коррозияға төзімділік.
Мысалы, қосу 0.18 wt% n а 22 CR-5 NI-3 MO дуплексті бағасы оның тірекке төзімділігін арттырады (Орман) Шамамен 10 қондырғылары.
Болғандықтан, Материалдың коррозия ставкасы 3.5 wt% NACL жақындап келеді 30%, ол теңіз және химиялық өңдеу орталарында қызмет ету мерзімін ұзартады.
Жақсартылған шаршау және сарқылу
Соңында, Циклдік жүктеме астында, Азотты күшейтілген болаттар а 20-25% Жоғарыдағы стресс-амплитудадағы ұзақ шаршау 400 МПа.
Сықылды, Крео-сынақтарда 600 ° C және 150 МПа, құрамында болаттар 0.02-0.03 wt% n Көрме a 10-15% Төменгі n-мен салыстырғанда ең төменгі деңгейдің төмендеуі.
Бұл жетілдіру Nitride желілерінің астық шекараларына қарсы тұру және жарамсыз басталуға қарсы тұру қабілеттеріне байланысты.
Үстел 1: Болаттан азоттың пайдалы әсері
| Әсер | Тетік | Типтік n ауқым | Сандық әсер |
|---|---|---|---|
| Қатты шешімді нығайту | Интерстициальды n торды бұрмалайды, дислокацияға кедергі келтіреді | +0.01 vt %% | +≈ 30 MPA шығымдылығы 0.01 wt% n |
| Астықты нақтылау | Нано-нитрид (Aln / tin) түйреуіштер аусаниттерінің шекараларын жауып тастайды | 0.02-0.03 wt% | Астық мөлшері ↓ ~ 100 мкм-ден 20-30 мкм; Chandy int ↑ дейін 15 J at -20 ° C |
| Коррозияға төзімділік | N пассивті фильмді тұрақтандырады, Pren көтереді | 0.10-0.20 Вт% | Орман +10 қондырғылары; Шатақ жылдамдығы 3.5 wt% NACL ↓ By ≈ 30 % |
| Қажу & Сығымдау | Нитридтік желілер шекарадан сырғып, өсудің қолайсыздығына кедергі келтіреді | 0.02-0.03 wt% | Шаршау Өмір + 20-25 % ≥ 400 МПа; ↓ 10-15 % -та 600 ° °, 150 МПа |
4. Болаттан азоттың зиянды әсерлері
Азоттаулар нақты пайда әкеледі, Оның артық өнімділігі мен өңдеу мәселелеріне әкеледі.
Астында, Біз төрт негізгі кемшіліктерді егжей-тегжейлі егжей-тегжейлі егжей-тегжейлі айтамыз - сандық мәліметтермен, және себептер мен әсерді бөлектеуге байланысты өтпелермен байланыстырамыз.
Бөлме-температураның қартаюы («Көк брезенттілік»)
Дегенмен, артық болаттар 0.02 wt% n жиі ұстаған кезде кірпіктілігімен ауырады 200-400 ° C.
Алты айдан астам, Дөрекі нитридтік желілер (E.Г., Fe₄n және mn₄n) астық шекаралары бойымен.
Болғандықтан, Charpy-V әсері қаттылығы төмендеді 50% (Мысалы, -ден 80 J төмен 35 J 25 ° °), Төмен көміртекті құрылымдық болаттарда икемділік пен серпімді болу қаупі бар.
Жоғары температуралы температурасы және ыстықтай икемділік
Үстіне, Жай салқындату кезінде 900-1000 ° C, NB-Moder болаттар (0.03 NB-0.02 C-0.02 N) Тамаша (Нб, Б)N бұрынғы аустенит дәндерінің ішіндегі бөлшектер.
, Сорт, шиеленісті созу күрт-сымдар 40% астына 10%- соғу немесе илемдеу кезінде қалыптасу мүмкіндігі.
Сонымен қатар, астында 900 ° °, Астық шекарасындағы алн формалары, жоғары қорытпалардағы немесе микрооттық болаттардағы Ыстық-жігерді шектеу.
Газ кеуектілігі және құю ақаулары
Сонымен қатар, Ерітілген N-мен балқытылған болаттар 0.015 wt% Ылғалдандыру кезінде N₂ outgas n₂ жасай алады, Жалға алатын кеуекті құру 0.3% құйма көлемі.
Бұл микро-шіркектер стресс байыту фабрикаларына қызмет етеді: Шаршау сынақтары а 60% Циклдік иілу кезіндегі өмірді азайту.
Сықылды, Статикалық созылу күші төмен түсуі мүмкін 5-10% бөлімдерде қарағанда қалың 100 мм, Қалған газ көп жағдайда жиналады.
Дайындау мәселелері: Ыстық крекинг және нитриділік қосындылар
Соңында, Доғалық дәнекерлеу кезінде, Жылдам термиялық циклдер ерітілген n ерітілген n-ді газ көпіршіктері ретінде босатады және ерітіндімен, ерітінділер мен жылытылатын нитриділік қосынды жасайды.
, Сорт, Ыстық жарықшақтық сезімталдығы жоғарылайды 20-30%, Дәнекерлеу-металл соққымен қаттылыққа қаттылығы төмендейді 25% (E.Г., -ден 70 J 52 J at -20 ° C).
Мұндай ақаулар көбінесе матадан кейінгі жылу емдеу немесе мамандандырылған шығын материалдарын мәжбүр етеді, Патшализге шығындар мен күрделілікті қосу.
Үстел 2: Болаттан азоттың зиянды әсерлері
| Әсер | Тетік | N деңгейі | Сандық әсер |
|---|---|---|---|
| Бөлме-температураның қартаюы («Көк») | 200-400 ° C қартаю кезінде шекаралар бойымен өрескел Fe₄n / mn₄n | > 0.02 wt% | Chandy қатаңдығы ↓ > 50 % (E.Г., -ден 80 J 35 J 25 ° °) |
| Жоғары температуралы тепе-теңдік & Ыстық икемделдің жоғалуы | (Нб,Б)N және aln 900-1-де тұндырады 000 ° C Салқындату | ≥ 0.02 wt% | ↓ бастап 40 % қарай < 10 %; Ауыр тұжырымдаманың жоғалуы |
| Газ кеуектілігі & Кастинг ақаулары | Артық түнгі көпіршіктер | > 0.015 wt% | Куектілік 0.3 % дыбыс; Шаршау өмірі ↓ ≈ 60 %; созылу күші ↓ 5-10 % |
| Дайындау мәселелері | N₂ Evolution және Nitride қосылымдары Fusion / Hazous-тегі | ≥ 0.01 wt% | Ыстық жарықшақтық сезімталдығы + 20-30 %; Дәнекер-металл қаттылық ↓ 25 % (70 J → 52 J at -20 ° C) |
5. Нақты азотты басқару стратегиялары
Алғашқы болатминг
Бастау, Eaf жіне » инертті газды араластыруды қолданыңыз (Ар, Жар) асып кеткен кезде 100 Nm³ / мин, дейін жету 60% N Цикл бойынша жою.
Орта металлургия
Кейіннен, Вакуумды газсыздандыру (Vd / vD) астында < 50 мбар қысым аяқталады 90% қалдық n, ал аргонды тазарту тек алып тастайды 40-50%.
Өсімдіктерге бағытталған ≤ 0.008 wt% N Екі немесе одан көп VD өтуді жоспарлайды.
Қайта өңдеу әдістері
Сонымен қатар, ESR жіне Біздің Тазалықты тазарту ғана емес, сонымен қатар n-ден төменірек 0.005 wt% Қарқынды жылу мен төмен қысымға байланысты дәстүрлі құймаларға қатысты.
Таза-болат тәжірибесі
Соңында, Жасөспірімдер мен аргон зауыттарымен құю кезінде атмосфералық экспозицияны азайту n қайта сіңуіне жол бермейді, Төменде n-ге қолдау көрсету 20 бет көру Ультра таза сорттарда.
6. Индустриалды кейстерді зерттеу
| Қолдану | Стратегия | N деңгей | Негізгі пайда |
|---|---|---|---|
| 9CR-3W-3CO Ultra-Lo Low-N | Eaf + көп сатылы VD + ESR | ≤ 0.010 wt% (100 бет көру) | +12 J -40 ° C температурада |
| HIB трансформаторы кремнийлі болат | Қатты уақыт & іріктеу (± 5 С) | 65-85 бет / мин | -5% өзек жоғалту; +8% магниттік өткізгіштігі |
| 1 100 MPA дәнекерлеу-сым болаты | Легірленген + Процестерді оңтайландыру | 0.006-0.010 wt% | Созық > 1 100 МПа; созылу ≥ 12% |
| 5 N-сыныптық ультрапиттік үтік | Электролиз → Вакуумды балқыту → VZM | Жалпы газ ~ 4.5 бет көру | Жартылай өткізгіш & Магнит-сорт тазалығы |
7. Нитраж
Жаппай n бақылаудан тыс, бетті нитридинг Локализацияланған қатаюды қалыптастырады.
Газ, пламеня, немесе тұзды ваннаға арналған нитридинг таныстырады 0.5 wt% N-ге 0.1-0,3 мм Диффузиялық қабат, Беттік қаттылықты арттыру ~ 200 гв қарай 800-1 000 Дғас.
Дегенмен, Шамадан тыс немесе анадақталатын нитридинг сынғыш «ақ қабаттарды» сындыруы мүмкін, сондықтан нитридингтен кейінгі температура (≈ 500 ° C үшін 2 н) қатаңдықты оңтайландырудан тұрады.
8. Тұжырымдар
Азот шынымен де «екі есе қол» ретінде болаттан жасалған металлургия.
Тығыз терезелер ішінде басқарылған кезде (әдетте 0.005-0.03 Wt%), Бұл қатты шешімді нығайтады, Астықты нақтылау, және коррозияға қарсы пайда.
Керісінше, Артық n триггерлер, кеуелік, және дәнекерлеу қиындықтар.
Сондықтан, Қазіргі заманғы болатмайтинг левередждері жетілдірілген газсыздандыру, тездету, және болаттан жасалған тактика - нақты уақыттағы талдаудың бойымен, азотты өзінің ең тиімді деңгейінде түйреу үшін.
Болаттар жоғары өнімділікке және тұрақтылыққа қарай дамиды, Азоттың қос табиғатын игеру металлургтер мен өндірістік инженерлер үшін маңызды құзыреттілік болып қала береді.
Осы қажет болса, сіздің өндіріс қажеттіліктеріңіз үшін тамаша таңдау Жоғары сапалы болат.
ЖҚС
Азот тот баспайтын болаттардағы коррозияға төзімділікті жақсарта алады?
Иә. Мысалы, қосу 0.18 wt% n дуплексті бағаға (22 CR-5 NI-3 MO) көтереді
оның pren ≈ 10 қондырғыларды біріктіреді және қысқарады 3.5 % NACL туралы 30%, Қызметтің өмірін агрессивті ортада кеңейту.
Болатта азотты қандай аналитикалық әдістер анықтайды?
- Инертті-газды синтездеу (Леко): ± 0.001 n% дәлдік n.
- Тасымалдаушы-газ ыстық экстракция: Ерігенді бөледі, Нитрид-байланысты, және егжей-тегжейлі көрсетілген газ тәрізді N₂.
- Вакуумды синтездеу: Degassing-тен кейін PPM ішкі PPM өзгертулерін анықтау үшін 1-10 мбар жерде жұмыс істейді.
Нитридинг азот бақылауынан өзгеше?
Жаппай n бақылау мақсаттары.
Қайта, бетті нитридинг (газ, пламеня, тұзды ванна) дифференциалды 0.5 wt% n 0,1-0,3 мм қабатқа,
Беттің кернеуін арттыру (200 Вв → 800-1 000 Дғас) бірақ Нитрингтен кейінгі температураны талап ету қажет.
Болатмерлер вакуумды доғалы кетіреді (Біздің) немесе электрослагты ауыстыру (ESR) жоғары температура мен төмен қысымның астына.
Қосымша, Ылғалдандырылған аргон және қорғаныш аргон немесе азот қыру, Керемет қарқынды азайту < 0.1%.
