Источник азота
Азот в стали в основном поглощается во время воздействия атмосферных условий при обработке расплавленной стали. Электросталеплавильное производство, включая вторичный рафинирующий дуговой нагрев, ускоряет диссоциацию газа, что приводит к более высокому содержанию азота. Длительная плавка в мартеновских печах еще больше увеличивает уровень азота. Неправильный контроль операций по повторной продувке конвертера и задержка переключения между азотом и аргоном в качестве защитных газов также повысят концентрацию азота. Кроме того, азот, переносимый ферросплавами, железным ломом и шлаковыми материалами, может быть введен в расплавленную сталь во время загрузки.
Форма азота
Часть азота в стали существует в виде металлических нитридов или твердых растворов внедрения. Большинство легирующих элементов, добавляемых в специальные стали, образуют стабильные нитриды при определенных условиях. К этим нитридообразующим элементам относятся марганец, алюминий, бор, хром, ванадий, молибден, титан, вольфрам, ниобий, тантал, цирконий, кремний и редкоземельные металлы. Учитывая, что многие нитридообразующие элементы могут создавать несколько простых или сложных соединений, в стали потенциально могут образовываться более 70 различных нитридных фаз. Оставшийся азот существует в виде атомарного азота, растворенного в железной матрице. В исключительных случаях азот может образовывать молекулярные газовые пузырьки или адсорбироваться на стальных поверхностях.
Влияние азота
Азот не следует категорически классифицировать как вредный газообразный элемент, поскольку некоторые специальные стали намеренно включают добавки азота. Все марки стали содержат азот, с определенными концентрациями, определяемыми методами производства, составом сплава и методами добавления, а также параметрами литья. В определенных марках нержавеющей стали контролируемое увеличение азота может снизить требования к хрому, эффективно снижая производственные затраты при сохранении производительности. Однако азот в основном существует в виде металлических нитридов в ферросплавах. Например, стальные изделия, демонстрирующие деформационное старение после хранения, становятся непригодными для применения в глубокой вытяжке (например, панели кузова автомобиля) из-за образования разрывов во время неравномерной пластической деформации. Это явление возникает из-за крупнозернистых структур в сочетании с осаждением Fe₄N на границах зерен.
Другой критический пример касается нержавеющих сталей, где образование Cr₂N на границах зерен истощает содержание хрома на границе зерен, что приводит к восприимчивости к межкристаллитной коррозии. Этот пагубный эффект можно смягчить с помощью добавок титана, которые преимущественно образуют стабильные соединения TiN, сохраняя содержание хрома на границах зерен.
