АЗОТ В СТАЛІ, Вплив азоту на властивості сталі

Розчинність азоту в сталі та його вплив на властивості сталі. Розчинність азоту в залозі може бути описана рівняннями

  • 2 [N] = N2 (г);
  • KN = pN2/[N] 2

Отже, і розчинність азоту, відповідно до правила Сівертса, пропорційна до кореня квадратного з величини його тиску. Так як KN змінюється з температурою і по-різному для різних фазових станів, розчинність азоту залежить від температури і стрибкоподібно змінюється при алотропічних перетвореннях і плавленні.

Результати досліджень наведені у вигляді ізобари на рис. 1, показують, що розчинність азоту в сталі різко зменшується при кристалізації і під час перетворення у-заліза на а-залізо .

Інші елементи впливають на розчинність азоту рідкої сталі. Цей вплив характеризується параметрами взаємодії. Їхній знак і величина показують, що в порядку посилення впливу розчинність азоту збільшують молібден, сірка, марганець, алюміній, хром, ванадій, титан. Знижують розчинність азоту Ni, Р, С.

вплив
Малюнок 1. Розчинність N2 у залозі при парціальному тиску азоту 10,223 кПа/м 2 (760 мм т ст )

Зменшення розчинності азоту в сталі при кристалізації і під час перетворення у-заліза на а-залізо є основною причиною впливу азоту на властивості сталі.

За відсутності сталі елементів (Ti, Al, Zr, V), що утворюють нітриди при високій температурі, після утворення а-заліза починається виділення азоту з розчину у вигляді включень нітридів заліза (Fe2N, Fe4N, Fe8N). Це виділення може тривати тривалий час після охолодження і, оскільки воно відбувається в основному при низькій температурі, включення включення дуже дисперсні.Порядок їхнього розміру 10 -3 мкм.

Дисперсні включення нітридів заліза розташовуються по кристалографічних площинах і, перешкоджаючи переміщенню дислокацій, викликають крихтування металу. В результаті цього падає ударна в'язкість і зменшуються відносні звуження та подовження при одночасному підвищенні твердості та властивостей міцності.

Як і виділення нітридів заліза, падіння ударної в'язкості збільшується з часом зберігання або експлуатації сталевих виробів, досягаючи мінімуму через 20-40 діб. Тому описуване явище отримало назву старіння.

Азот у сталі викликає старіння, воно може бути прискорене штучно, якщо загартоване залізо або сталь піддати холодній пластичній деформації, що збільшує швидкість розпаду твердого розчину та виділення нітридів заліза.

В результаті старіння ударна в'язкість може зменшитися в 4-6 разів. Тому схильність до старіння є істотною пороком сталі. Вона характерна для маловуглецевої сталі, не розкисленої алюмінієм або ванадієм.

Присадка в сталь елементів, що зв'язують азот у сталі, нітриди при високих температурах, усуває схильність сталі до старіння. До таких елементів відносяться: алюміній, що утворює нітриди в основному під час затвердіння і в твердому металі до температури перетворення у-заліза в a-залізо; ванадій та цирконій, що утворюють нітриди під час кристалізації; титан, що утворює нітриди в рідкій сталі та під час кристалізації.

Найбільше застосування отримав алюміній, що широко використовується і як розкислювач. При звичайних концентраціях алюмінію та азоту в сталі він утворює нітриди у твердому металі. Але розміри включень цих нітридів, що виділяються при вищій температурі, на 2-3 порядки більшерозмірів включень нітридів заліза Тому вони не впливають на рух дислокацій і не викликають старіння.