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

содержаниях углерода (0,06 и 0,015%) требует в первом случае температуры 1100, а во втором 950° С.

Углерод в трансформаторной стали находится в твердом растворе (при содержании до 0,005% С), в фор­ ме структурно свободных карбидов или в виде графита (при более высоких концентрациях С).

Трансформаторную сталь в слитках получают с 0,025—0,040% (более низкие концентрации при выплавке получать нерационально), а динамную сталь— с 0,06— 0,08% С .

Обезуглероживание при отжиге в защитной атмосфе­ ре позволяет исключить фазовое превращение ниже точ­ ки Ас3, благодаря чему улучшаются условия роста зерен феррита и повышаются магнитные свойства динамиой и странсформаторной сталей с высоким исходным содер­ жанием углерода.

Оптимальной защитной газовой средой при обезугле­ роживании трансформаторной стали следует считать газ Н2 —N2 , обогащенный парами воды. Содержание паров

высокую скорость обезуглероживания.

Поскольку, однако, в трансформаторной стали содер­ жится значительное количество Si .(до 4,6%), в таких средах неизбежно окисление Si, проявляющееся уже при т.т.р., равной—50° С.

269

Скорость образования окисной' пленки растет с повы­ шением содержания паров воды. При этом внутреннее окисление в сталях, содержащих > 3 % Si, отсутствует.

Окисная пленка состоит из аморфного кремнезема (в начальный период), который постепенно кристаллизу­ ется в кристобалит с ростом концентрации паров воды.

тем уже фаялит в результате реакции между кремне­ земом и окислом железа.

Окисная пленка, образующаяся на стали, замедляет процесс обезуглероживания, причем аморфный кремне зем влияет сильнее, чем фаялит.

Обезуглероживание в средах Н 2 — N 2 протекает глав­

Изменение свободной энергии AF° реакции (XI1-36) при 1100° К равно — 5350 кал/моль, т. е. вероятность про­ текания реакции (XI1-36) слева направо достаточно чет­ ко выражена.

270

Если в газовой смеси поддерживать высокое значе­ ние р н > 0 и малое рсо , тогда можно достичь весьма боль­ шой ее реакционной способности. В этом случае система удалена от состояния равновесия и суммарная скорость обезуглероживания зависит от отношения концентрации углерода, равновесной с газовой смесью заданного со­ става С8, и концентрации углерода на поверхности ме­ талла в данный момент С,-, т. е.

где R0 — коэффициент скорости.

Максимальная скорость процесса, т. е. скорость, ли­ митируемая диффузией углерода через ферритный слой, и распределение концентрации углерода, соответствую­ щее закону диффузии, достигаются, когда химическая реакция на поверхности металла протекает с большей скоростью, чем скорость транспортирования углерода к поверхности вследствие диффузии, что соответствует ну­ левому содержанию углерода на поверхности [10].

Средняя концентрация углерода в ленте по ходу ее движения понижается (см. рис. 89), подчиняясь уравне­ нию

а=Ст Сое.; Ст — начальная концентрация углерода.

Среднеинтегральное значение концентрации углерода С с за время t i определяют интегрированием уравнения (XII-38)

Расход технологического газа QT должен обеспечить разбавление, при котором среднее содержание окиси уг­ лерода в зоне реакции соответствует заданному значению

2 7 1

Однако приведенных данных недостаточно для реше­ ния конкретной задачи.

Чтобы при заданной протяженности пути прохожде­

тельности определить протяженность пути, т. е. размеры камеры выдержки), надо знать время х\.

Для этого оценим максимальную скорость процесса,

решаем методом конечных разностей. За конечный интервал времени

Полосу разбиваем по толщине на восемь интервалов Дх, приняв ее расчетную толщину равной 0,624 мм. По условиям симметрии кон­ центрации углерода на нулевом и восьмом интервалах (т. е. у по­ верхности), на первом и седьмом интервалах и т. д. должны быть равны в любые моменты времени тДт. Концентрация углерода на интервале яДх в момент времени /этДт равна полусумме концентра­

С учетом этого выражения и условия симметрии, можно, например, записать

С 4 ; т = С 3 ; ( т - 1 ) и т- М

272