Файл: Эстрин, Б. М. Производство и применение контролируемых атмосфер (при термической обработке стали).pdf

Учитывая, что рсо'рсо=

1,82, находим, что

l g £ p = l g l , 8 2 + 7 2 l g P 0 = .

откуда

,

—10,2— 0,258

о ,

, т т т

g Р ° ° =

0,5

= ~

'

(

)

сти отжигаемой холоднокатаной

стали. Эти пятна состоят

из окислов железа и углерода.

Такие явления

наблю­

даются, например, при отжиге стали в продуктах

частич­

ператур 470—510° С (отношение СО/С0 2 в газе

несколь­

ко выше 2).

Рассмотрим реакцию

»/4Fe + CO^V4 Fe3 04 + С.

(Ш-5)

Таким образом,

при содержании СО в газе больше

1% и температурах

=^800° К параллельно с процессом

ния р с о + с о , в

газовой смеси.

Равновесие

системы Сг—Сг2 0з—СО—С02 .

Решая аналогичную задачу для хрома, получаем

2Сг + ЗС02 ч±Сг2 03

+

ЗСО;

.

(Ш-6)

VS^IOOO-K = -

4 ' 5 7

6 Т

J6 (PoolРсо)-

(П1-?)

Значение AFlmo^

определяют,

как указано

выше. Оно

сила реакции

окисления хрома в смеси СО—СОг при

1000° К гораздо

выше,

чем реакции окисления железа,

поскольку из формулы

(Ш-7) следует, что— 1/3-69 140 =

= —4,576-1000 I g / ? c o ' p c a

и, следовательно,

lgPcoPca = 5,05.

"

(Ш-8)

Fe + H2 O^FeO - f Н2 ;

(Ш-9)

AF° = — 47850 — (— 46080) = — 1820 кал/моль;

\gk=

—

=0,398;

s

р

4,576-1000

kp

= 2,b.

(III-10)

Таким образом, при соотношении рНгРьи0

>2,5 железо

не окисляется.

Равновесие

системы Сг — Сг 2 0з — Н2— Н 2 0 .

2Cr + 3H 2 O^Cr 2 0 3 + ЗН2 .

(Ш-11)

В этом

случае

AF° = — 209150 — (— 3-46030) =—71060 кал;моль и

Ук . = — — — = 5 , 1 8 .

2)

s р

3-4,576-1000

водорода, содержащего

менее чем 6,6 -Ю - 4 %

водяного

пара.

Такая степень

осушки

(соответствует т. т. р.1

—70° С) достижима,

но

для процесса восстановления

С г 2 0 3

потребовалось

бы

огромное

количество

водорода.

В

реальных сталях и сплавах легирующие

компонен­

в

растворе. Рассмотрим,

например,

реакцию окисления

хрома парами воды:

[2Сг] +

ЗН2 0<> [Сгг 03 ] +

ЗН2 .

(III-13)

Константа равновесия реакции

Ар =

%

° Д

,

(Ш-14)

*СгРн,0

откуда

/

Рн.

\ 3

.

4 г

где

М> и #cr,o5 — концентрация хрома и окиси

хрома

в растворе.

Равновесное отношение Рн ,/рн „о

характеризует

упру­

ше это

отношение,

тем больше упругость

диссоциации

С г 2 0 3

и тем ниже его устойчивость.

отношение

С

уменьшением

концентрации хрома

Рн /Рн„о

уменьшается, а следовательно, упругость дис­

ствие которых

с газовой смесью

Н 2 — Н 2 0

может быть

представлена

реакцией

у Р Ч Л

,

C r u + 1 ) ] + Н2 0<± ±

[ F e ( m ) N i ( n )

С г ( 0 ]

+

+ V A A

+

H,.

(Ш-15)

Для того чтобы вычислить значение

&F°

реакции

(III-15),

надо знать величину

AF°

реакции образования

1 Здесь

и

далее т. т. р. — температура

точки росы.

2 3 [ F e ( m ) N i ( f ! ) C r ( 0 ]

H - j - C r ^ / , F e ( m ) N i ( l l ) C r ( , + 1 ) ] . (Ш-16)

Нужные величины

определяли экспериментально для

состав,

% (по

массе):

сталь марки Х18Н10Т:

0.09С

0,008S;

0,029 Р;

0,56 Si;

17,74 Cr;

1,42 Mn;

10,30 Ni

0;21 Cu;

0,11 Mo; 0,12W;

0,67Ti и сталь марки

ЭИ844Б

0,03

С;

0,04 S; 0,02 Р;

0,31

Si;

15,94 Cr; 0,46 Mn;

15,35 Ni

2,75 Mo; 0,41 Nb; 0,36 N.

Для этого сначала экспериментально определяли ве­

личину

lg «барьерного»

отношения

р н „ / р н , 0

, при

кото­

ром

«сосуществуют»

окись

хрома

и хром

в стали Сгс .

Для

стали Х18Н10Т

при

1100° С lgPH./PH,o

оказался

равным

3,16.

\gkp

реакции

(Ш-15)

можно найти из условий равно­

весия для чистого хрома

Сгч :

Д Р

=

AF3

— AF"

(Г)

(В)

" J

(А)

(Б) •

\ 1 )

Подставляя экспериментальные

данные в известное

уравнение AF° =—RT\nkp,

получим

AF°{B)

= — 4.576Г (3,36 — 3,16) = —

1240 кал/моль;

(Д)

A F ° ] I I 1 6 )

= 3j2AF°(B)

= — 1865

кал/моль.

(Е)

Выразив кр{Ш

15) через активность в виде

Pjk7T

(Ш-17)

P H 2 O a C r

и определив аС г

из уравнения

A / ? a n - 1 6,

= 4 , 5 7 6 r i g a C r )

(Ш-18)

получим

— 1865 = 4,576-1373 lga C r ,

откуда

\gaCr = — 0,296 и aC r

= 0,5.

(Ш-19)

Аналогичным

образом

определенная

величина

д ^Г(ш-1б) д л я стали

ЭИ844Б

составила 3100

кал/моль,

содержания других легирующих элементов.

Вычислим на основе полученных данных

максималь­

но допустимую

влажность

газовой смеси Н 2 — N 2 с кон­

центрацией

Н 2

75%,

при

которой

стали

Х18Н10Т и

ЭИ844Б не окисляются. Определим рн^'рно

из следу­

ющих уравнений:

к

[Рн>н: о]х.8и.от = lg К + 2 'з lg а с г =

=

3,36 —2 / 3 0,296 = 3,163.

[Рн.>н: о]х1 8 нют = 1450.

(Ш-20)

lg [Рн>н2 о]эи8«,5

= 3,36 - 2 /з-0,493 = 3,032;

[ Р Н > Н , О ] Э И 8 «Б = Ю70.

(III-21)

Полученные величины соответствуют следующим зна­

чениям /7Н „0

: для стали Х18НЮТ 0,0518-Ю- 2

ат* (т. т. р.

около —27° С);

для стали

ЭИ844Б

0,0696-Ю- 2

ат (т. т. р.

около

—24° С).

Равновесие

системы Нг—CI-Ц—С в Сг—Ni

сплаве.

Известно, что углерод

в хромоникелевых сталях

(аусте-

нитной, мартенситно-стареющей и др.) является

вредной