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

Обезжиривание при термической обработке в защит­ ной среде должно выполняться особенно тщательно, так как тенденция к науглероживанию в 'Восстановительных средах выражена сильнее. Необходимо, чтобы жидкий аммиак, используемый для приготовления защитного га­ за, имел минимальное количество масла (согласно аме­ риканским данным — не более 5 р р т ) . Такой аммиак в настоящее время могут поставлять отечественные заводы.

Образование нитридов и карбоннтридов снижает со­ противляемость стали коррозии.

Решающее значение при термической обработке не­ ржавеющих сталей имеет кинетика процесса азотирова­ ния. Для изучения кинетики изотирования сталей типа Х18Н10Т и ЭИ844Б, по аналогии с принятой методикой определения углеродного потенциала, было введено по­ нятие об азотном потенциале атмосферы, который опре­ деляли на тонких пластинках (6 = 0,15 мм) из стали Х18Н10Т при выдержке 30 мин, достаточной для полно­ го выравнивания концентрации азота по сечению об­ разца.

Исследованием установлено, что значение этого пока­ зателя при 1450° К для диссоциированного аммиака, со­ держащего 0,05—0,08% N H 3 (влажность соответствует т. т. р. —60° С), составляет 0,3% N при исходном содер­ жании 0,016% N (для электролитического водорода азотный потенциал равен 0,05%) •

Экспериментально подтверждено, что уменьшение ко­ личества остаточного аммиака с 0,05 до 0,0005% не из­ меняет существенно значения азотного потенциала ат­ мосферы. Так, при содержании в газе 0,00026 — 0,00034 N H 3 максимальное количество азота, зафиксиро­ ванное в первом от поверхности слое металла толщиной 0,057—0,058 мм, после 30 мин выдержки при 1450° К со­ ставляет 0,25—0,27% N [74].

Таким образом, одним только удалением остаточного аммиака не удается воздействовать на азотирование не­ ржавеющих сталей.

НАГРЕВ С КОНТРОЛИРУЕМЫМ КИСЛОРОДНЫМ ПОТЕНЦИАЛОМ

В процессе поиска путей, позволяющих уменьшить вредное влияние науглероживания и азотирования, был предложен и освоен метод нагрева в среде с управляе-

Исследование сталей ЭИ844Б и Х18Н10Т показало, что применяя метод управляемого окисления, можно в несколько раз уменьшить азотирование металла и иск­ лючить влияние азотирования на сопротивляемость кор­ розии. Сказанное касается и науглероживания.

Так, при термической обработке образцов тонкостен­ ных труб из стали ЭИ844Б в диссоциированном аммиа­ ке с влажностью, соответствовавшей т. т. р. —66° С при 1100° С с выдержкой 5 мин, послойным анализом в пер­ вом с поверхности слое толщиной 0,059 мм обнаружено азота 0,123%, во втором толщиной 0,058 мм 0,093%, в третьем толщиной 0,077 мм 0,036%. Металлографиче­ ским исследованием установлена с поверхности металла сплошная зона мелкого зерна глубиной 0,07—0,09 мм. Величина зерна 10—11 баллов (рис. 102, а) .

Наличие слоя мелкого зерна указывает на выпадение нитридов, служащих зародышами при перекристаллиза­ ции. Нагрев при этих же температурах и выдержке, но в условиях управляемого окисления позволил исключить выпадение нитридов.

Из рис. 102, б видно, что структура края и сердце­ вины после этой обработки одинакова. Послойным ана­ лизом установлено содержание азота: в первом слое толщиной 0,057 мм 0,05%, во втором толщиной 0,044 мм 0,022% и в третьем толщиной 0,045 мм 0,022%.

Испытанием на сплющивание при 20° С, а также пос­ ле охлаждения в жидком азоте до соприкосновения внутренних поверхностей (по ТУ 633—64 для труб раз­ мером 16X0.75 мм) трещин не обнаружено. Испытания на межкристаллитную коррозию по методу A M с двух­ часовым провоцирующим отпуском дали также положи­ тельные результаты.

Незначительное азотирование, полученное при нагре­ ве с управляемым окислением, как показали длительные испытания на коррозию под нагрузкой, не повлияло на коррозионную стойкость.

На образцах из стали Х18Н10Т при нагреве без управляемого окисления (в газе, характеризуемом т. т. р. —60° С) до 1450° К с выдержкой 10 мин получено сле­ дующее распределение азота: в первом слое толщиной 0,065 мм 0,16%, во втором слое толщиной 0,05 мм 0,11%, в третьем толщиной 0,05 мм 0,083%.

При испытании на межкристаллитную коррозию об­ наружены грубые коррозионные трещины.

309

Суправляемым

Суправляемым

(0,0008) (0,003)

Нагрев с управляемым окислением обеспечивает со­ держание азота: в первом слое толщиной 0,045 мм 0,084%, во втором толщиной 0,047 мм 0,054%, в третьем толщиной 0,046 мм 0,048%. После испытания на межкристаллитную коррозию в образце не образовался кор­ родированный слой.

При испытании на общую коррозию (кипячение в кон­ центрированной азотной кислоте в течение 100 ч) потеря массы образцов стали Х18Н10Т, обработанных без управляемого окисления, составила 1,05—1,10 г/м2 с управляемым окислением 0,55—0,68 г/м2 .

При термической обработке без управляемого окис­ ления (в сухом водороде или диссоциированном аммиа­ ке) защитные пленки на металле, как правило, разруша­ ются. Во избежание атмосферной коррозии поверхность металла пассивируется посредством полировки или об-

310

работки в азотной кислоте. Часто такой обработки недо­ статочно для надежной пассивации металла, так как пленки окислов при этом не образуются, а имеются лишь слои с адсорбированным кислородом [75].

Нагрев с управляемым окислением позволяет решить задачу пассивации непосредственно при термической об­ работке, т. е. осуществить «газовую» пассивацию ме­ талла.

жиренных различными способами: промывкой ацетоном;

Независимо от способа обезжиривания термическая обработка с контролируемым окислением обеспечивает полное предохранение от науглероживания при макси­ мально допустимом кислородном потенциале.

Между тем глубина науглероживания на образцах, обработанных без управляемого окисления в атмосфере диссоциированного аммиака, составляет за 30 мин зна­ чительную величину — от 20 до 200 мкм.

Таким образом, технология термической обработки нержавеющих сталей в диссоциированном аммиаке, пре­ дусматривающая нагрев с управляемым окислением, снижает в 4—5 раз азотирование, что устраняет влияние его на коррозионные показатели металла, предупрежда­ ет науглероживание и обеспечивает «газовую» пассива­ цию металла.

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ СВЕТЛОЙ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ НЕРЖАВЕЮЩИХ СТАЛЕЙ

Центроэнергочерметом разработаны и осуществлены проекты муфельных печей непрерывного действия, вклю­ чающие оборудование и узлы для приготовления и по-

311

дачи атмосферы, а так­ же учитывающие тех­ нологию светлого от­ жига с управляемым окислением.

Садочные печи не обеспечивают необхо-. днмой скорости охлаж­ дения металла, что су­ щественно затрудняет получение светлой по­ верхности при термиче­ ской обработке высо­ кохромистых сталей. Это исключает исполь­ зование печей такого типа при отжиге не­ ржавеющих сталей. По­ этому в СССР и за ру­ бежом термическую об­ работку ленты и про­ волоки из нержавею­ щих сталей ведут в про­ ходных печах.

Необходимость со­ хранения высокой чис­ тоты газовой среды в печи при термической обработке нержавею­ щих сталей обусловли­ вает ряд дополнитель­ ных требований к кон­ струкции печей. Преж­ де всего весь объем га­ за в печи должен быть подвижным и обмени­ ваться с определенной кратностью. В горизон­ тальных печах часть газа, расположенная ниже нулевой плоско­ сти, неподвижна. Со­ держание примесей (главным образом,

312

3 1 3