Водород в стали: флокены, хрупкость, пузыри, пористость
Содержание водорода в количестве всего лишь 4 ppm (долей на миллион) – то, что способно раствориться в стали – может вызывать:
- тонкие волосовидные трещины – флокены,
- водородную хрупкость,
- водородные пузыри и
- потерю пластичности при растяжении –
особенно в больших стальных слитках.
Водород всегда был и всегда будет источником различных проблем для производителей стали. Если содержание водорода в жидкой стали превышает предел ее его растворимости в твердом железе, то водород будет выделяться при затвердевании стали и это приведет к образованию в стали дефектов несплошности, в частности, пористости.
При быстром охлаждении большого стального слитка, например, сляба или блюма, водород не успевает диффундировать из их центральных слоев. Поскольку растворимость водорода с понижением температуры тоже снижается, то при быстром охлаждении давление водорода в стали будет возрастать.
Расчетный уровень давления водорода при охлаждении стали до различных температур и при различном исходном содержании водорода в стали показано в таблице (при крайнем случае полного отсутствия диффузии водорода).
Откуда водород в стали
Водород в стали имеет несколько источников – при плавлении, обработке в ковше и при разливке. Загрязнение стали водородом происходит в основном из-за присутствия воды в шихтовых материалах, в лигатуре и других материалах, применяемых при производстве стали. Обычно водород не является проблемой в производстве кислородно-конверторной стали, кроме процессов с донной продувкой, где применяется природный газ, который также является источником водорода.
Известь – источник влаги и водорода
Известь – оксид кальция является важным компонентом сталелитейного производства, в основном для оптимизации химического состава шлака, удаления вредных включений и для удаления фосфора из стали. Во влажных атмосферных условиях известь гидратируется до образования гидроксида кальция. Эта гидратированная известь при добавлении в жидкую сталь разлагается с выделением воды. Затем вода разлагается на атомарные водород и кислород.
Влажный кокс – источник водорода в стали
Серьезным источником влаги – а, значит, водорода – является кокс. С увеличением количества кокса, которые применяют при производстве стали содержание углерода в стали растет прямо пропорционально.
Контроль содержания водорода в стали
Контроль содержания водорода в стали является важной задачей при производстве стали в ходе кислородно-конверторного и электродугового процессов. Контроль ограничения содержания водорода включает:
- применение материалов с низким содержанием влаги или уже самого водорода,
- предотвращение поздних добавок извести в ходе производства стали,
- минимизация образования шлака,
- эффективная дегазация в глубоком вакууме и интенсивная продувка,
- применение кокса с низким содержанием водорода,
- контроль операций обработки стали в ковшах и разливки стали.
