Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 [ 18 ] 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170

вызывает диссоциацию нитрида Fe4N. При относительно небольших концентрациях азота в металле нитрид железа довольно устойчив даже при высоких температурах.

Растворимость азота в железе при его парциальном давлении Pn, = 10 Па приведена на рис. 3.5. Изменение растворимости азота при кристаллизации железа происходит скачкообразно. Вместе с этим из диаграммы состояния железо- азот следует, что растворимость азота в твердом железе значительно превышает значения, приведенные на рис. 3.5. Поэтому кривую предельной растворимости азота в железе на рис. 3.5 следует рассматривать как растворимость азота, находящегося в равновесии с нитридами железа.

0,0i 0,03 о,ог

0,01

то 1770 т,н

Рнс. 3.5. Растворимость в железе азота при его парциальном давлении =10 Па

Взаимодействие наплавляемого металла с водородом

Источниками водорода в газовой фазе зоны сварки могут служить атмосферная влага, влага покрытия электрода или флюса, конституционная влага ржавчины на свариваемых кромках и т. д. Образующиеся вследствие этого водяные пары диссоциируют и повышают концентрацию водорода в газовой фазе.

В зависимости от температуры газовой фазы водород может находиться в ней в различных состояниях: молекулярном, атомарном и ионизированном. При высоких температурах происходит частичная диссоциация молекулярного водорода на атомарный:

Нг = 2Н - 434,6 кДж/моль,

а также на атомарный и ионизированный:

На = Н Ч- Н+ + е - 1747,9 кДж/моль,

Степень диссоциации молекулярного водорода на атомарный в зависимости от температуры показана на рис. 3.6. Из приведенных данных следует, что в столбе сварочной дуги (7 = 5000-6000 К) подавляющее количество водорода находится в атомарном состоянии. Практически полное разложение водяного пара с образованием свободного

J 5 Т" 10, к

Рис. 3.6 Влияние температуры иа степень диссоциации молекулярного водорода

водорода или гидроксида происходит при его взаимодействии с железом, ферросплавами и расплавленным шлаком по реакциям:

Me -f Н2О =fi MeO + H2; 2FeO-f Н20=5*Ре20з + Н2; Me -f 2H2O 3± MeO -f OH -f 3H;

CO + H2O CO2 + Hj.

Концентрация водорода в металле швов зависит от температуры, до которой нагревается в дуге металл, химического состава металла и парциального давления водорода в атмосфере дуги.

Значительное влияние на содержание водорода в швах оказывает парциальное давление его в атмосфере дуги. По данным работы [5], введение в зону сварки ржавчины и последующее увеличение ее количества приводят к возрастанию общего объема выделившихся газов. При этом количество выделившегося водорода растет значительно быстрее, чем объемы СО и СО2, в результате резко возрастает количество водорода в металле шва.

Если водород находится в атомарном состоянии, растворимость его в металле при постоянной температуре в состоянии равновесия подчиняется линейной зависимости

где [Н]-растворимость водорода, % (по массе); рн-парциальное давление атомарного водорода в газовой фазе; К - константа равновесия, зависимая от температуры и фазового (а также агрегатного) состояния металла.

Растворимость водорода, находящегося в газовой фазе в молекулярной форме, подчиняется закону квадратного корня из его парциального давления:

[Н] = К (3-24)

где рн,--парциальное давление молекулярного водорода в газовой фазе.

Зависимость (3.24) косвенно указывает на то, что процессу растворения молекулярного водорода предшествует его диссоциация на атомы. Если в газовой фазе водород находится в атомарном и молекулярном состояниях, то его растворимость при постоянной температуре может быть выражена зависимостью

[Н] = /сУда. (3-25)

где рнд - общее парциальное давление атомарного и молекулярного водорода; % - степень диссоциации водорода при данной температуре.

Константа растворимости водорода К зависит от температуры и состава металла, которая может быть определена уравнением

ЫК--~-~\,72. (3.26)

Растворимость водорода в железе при парциальном давлении рн. =0,1 МПа в зависимости от температуры показана на рис. 3.7.

Для приближенной оценки растворимости водорода в расплавленном железе при абсолютной температуре Т и парци-

1300

то 2100 т, к

2100

2300 2500 Т,К

Рис. 3.7. Растворимость в железе водорода при парциальном давлении рн, = 0,1 МПа

Рис. 3 8 Влияние температуры и парциального давления водорода в газовой фззе на его растворимость в жидком железе

альном давлении рн в интервале температур до 2570 К можно пользоваться уравнением

1745

IgV = 0,51gpH<,

-0,888. смЗ/100.

(3.27)

На основании расчетов по приведенному уравнению построены кривые (рис. 3.8).

3.3.2. Взаимодействие металла со шлаками

Шлаками называют расплавы неметаллических соединений - оксидов, галлоидов, сульфидов и т. д., как свободных, так и образующих комплексные соединения. В условиях сварки шлаки образуются при расплавлении сварочного флюса, электродного покрытия, сердечника порошковой проволоки, а также могут появляться самопроизвольно, например в результате взаимодействия металла с защитной средой.

Химическое воздействие расплавленного шлака на металл шва в значительной степени определяется соотношением в его составе кислых, основных и амфотерных оксидов. Фториды и