Водород — один из самых вредных, но часто упускаемых из виду элементов в сталелитейном производстве. Хотя он может растворяться в стали в виде межузельных атомов, его растворимость крайне мала и ещё больше уменьшается с понижением температуры. Избыток водорода может привести к серьёзным металлургическим дефектам, снижающим качество и эксплуатационные характеристики стали.
1. Вредное воздействие водорода на сталь
(1) Водородная хрупкость – снижение пластичности и вязкости
Водород ослабляет атомные связи в стали, снижая её пластичность и вязкость. Накапливаясь на границах зерен или в местах дислокаций под действием напряжения, водород может инициировать и распространять трещины, приводя к хрупкому разрушению – явлению, известному как водородная хрупкость.
(2) Микротрещины и белые пятна
В процессе затвердевания и последующей обработки водород может образовывать пузырьки или пустоты, которые впоследствии приводят к двум основным типам дефектов:
- Белые пятна: мелкие радиальные трещины, видимые на протравленных поперечных сечениях, часто с яркими серебристыми пятнами на поверхностях излома.
- Волосяные трещины: микротрещины, образующиеся при удлинении пузырьков водорода вдоль направления прокатки.
Оба дефекта нарушают целостность стальной матрицы, снижая механическую прочность и эксплуатационную надежность.
(3) Подповерхностные газовые раковины в литых заготовках
Во время литья водород, выделяющийся из расплавленной стали, может образовывать подповерхностные газовые раковины или пористость в заготовках, что ухудшает качество поверхности и затрудняет последующие операции прокатки или термической обработки.
2. Источники водорода в стали
Загрязнение водородом в основном возникает из-за неправильного обращения с сырьем или плохого контроля за производством стали, особенно в дуговых сталеплавильных печах:
- Влажное сырье
Влажный лом, флюсы или раскислители, такие как известь и карбид кальция, могут выделять водород во время плавки. - Лом, загрязненный маслом
Стальные отходы, покрытые маслом или смазкой, разлагаются при высоких температурах, выделяя в расплав газообразный водород. - Сплавы, поглощающие водород
Некоторые сплавы, такие как ферроникель, могут выделять водород при неправильной обработке. - Попадание воды во время плавки
Утечка охлаждающей воды или чрезмерное распыление воды на электроды приводит к попаданию водорода непосредственно в расплавленную ванну. - Сильно ржавый лом
Ржавый лом содержит гидроксид железа (Fe(OH)₂), который при плавлении разлагается с выделением водорода.
3. Контроль и удаление водорода при выплавке стали в электродуговых печах
Принципы удаления водорода аналогичны принципам контроля азота. Для марок стали, требующих низкого содержания водорода, важно не только обеспечить достаточное обезуглероживание и стабильную работу пенистого шлака, но и предотвратить проникновение водорода в зону его образования. Ключевые меры включают:
- Исключите отходы, загрязненные маслом или резиной.
- Избегайте использования сильно ржавого лома.
- Проверьте и отремонтируйте водоохлаждаемые компоненты перед плавкой; уменьшите или прекратите подачу воды на электрод.
- Используйте сухую известь и плавиковый шпат. Избегайте использования влажных или просроченных материалов.
- Обеспечьте сухость сплавов и шлаковых материалов во время легирования; предварительный нагрев может дополнительно улучшить результаты.
