УДК 669.02/09:669017
Ивлев С.А., Аунг К.К., Свяжин А.Г.
ИССЛЕДОВАНИЕ КИНЕТИКИ АБСОРБЦИИ АЗОТА РАСПЛАВАМИ ЖЕЛЕЗА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ДВУХСТАДИЙНОЙ МОДЕЛИ МАССООБМЕНА.
Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»,
г. Москва, Россия
Введение.
Развитие промышленного производства в настоящее время трудно себе представить без использования новых материалов (часто это – металлы, сплавы), обладающих комплексом выдающихся механических, технологических и потребительских свойств. При этом не теряет актуальности стоящая перед металлургической промышленностью задача постоянного повышения качества металла при снижении его себестоимости. Для успешного решения поставленных задач, помимо поисков новых, высокоэффективных комбинаций компонентов сплава, требуется все более жесткая регламентация химического состава и микроструктуры стали, совершенствование управления и контроля технологии производства на всех стадиях передела.
Одним из химических элементов, растворимых в железе и даже при малых (на уровне тысячных долей процента по массе) концентрациях существенно влияющих на качество стали, является азот. Его влияние на свойства металла изучено достаточно подробно и может оцениваться с различных позиций. С одной стороны, выделение из твердого раствора мелкодисперсной фазы преимущественно нитридов железа вызывает «старение» металла, что сопровождается ухудшением его механических свойств: понижением пластичности, увеличением твердости и хрупкости, в особенности при низких температурах, что особенно негативно сказывается на качестве низкоуглеродистой стали для холодной штамповки. С другой стороны, азот может служить также и легирующим элементом. Благодаря образованию специальных неметаллических включений (нитридов, карбонитридов) при совместном микролегировании азотом и сильными нитридообразующими элементами (ванадием, титаном, ниобием и другими) низколегированных сталей имеет место заметное повышение их прочностных свойств.
Являясь активным аустенитообразующим элементом, азот исполняет роль заменителя никеля в аустенитных нержавеющих сталях. Во второй половине XX в. были разработаны промышленные технологии производства высокоазотистых сталей (0,5-1,0 % азота) с применением методов спецэлектрометаллургии: плазменнодугового переплава, электрошлакового переплава под давлением, плавки в индукционной печи при повышенном давлении. При указанных концентрациях азот придает стали уникальные свойства, например, высокоазотистые нержавеющие стали обладают одновременно высокой прочностью и коррозионной стойкостью, поэтому высокоазотистые стали признаны новым направлением в металловедении.
1. Постановка задачи
Одним из факторов, который необходимо учитывать при разработке технологии производства высококачественной стали с азотом, является скорость массообмена между расплавом и азотсодержащей газовой фазой. В этом контексте понятен значительный интерес, удерживающийся на высоком уровне в течение нескольких последних десятилетий, к проведению исследований в области растворения и удаления азота как в лабораторных, так и в производственных условиях. Следствием этого явились значительные достижения ученых-металлургов в области термодинамики и кинетики взаимодействия расплавов на основе железа с газовой фазой, содержащей азот. К событиям такого уровня следует отнести разработку двухстадийной формально-кинетической модели сорбции двухатомного газа металлическим расплавом [1-5]. По ряду причин эта разработка не получила достаточного распространения. Однако, очевидно, что применение двухстадийной модели позволяет вывести изучение кинетики межфазного массообмена в системе газ – металл на новый, более высокий уровень.