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

хлориды обычно считают химически нейтральными соединениями.

Критерием основности (В) или кислотности (К) шлака на основе молекулярной теории строения его служит отношение компонентов, входящих в состав данного шлака:

Li=l J Lfc=i

(3.28)

где m, q-количество кислых и основных оксидов в составе шлака соответственно; (RO), - концентрация основных оксидов в составе шлака, например СаО, MgO, МпО, FeO и т. д.; (R02)k -то же, кислых оксидов, например Si02, Ti02, Zr02 и т. д.

Шлаки считаются кислыми при В<1, основными - при В> 1 и нейтральными - при В==1. Эта классификация в определенной мере формальна. Физический смысл понятия основности шлака состоит в оценке активности иона кислорода. Чем выше основность шлака, тем больше активность иона кислорода 0~2, т. е. тем больше свободных ионов кислорода.

В настоящее время наиболее часто употребляется формула, принятая Международным институтом сварки (МИС):

д CaO+MgO+BaO+Na2O+K2O+LiOa+CaF2+0,5(MnO+FeO) ~ SiO2 + 0,5(AlA + TiO2+ZrO2)

(3.29)

где СаО, MgO, AI2O3, Li02 и т. д.- содержания компонентов шлака, % (по массе).

Имеется более точное выражение этой формулы

0,018СаО + 0,015MgO + COOGCaFa + 0,014 X В = X (NaaO + КаО) + 0.007 (МпО + FeO)

0,017SiOa +0,005 (AlaOg + TiOa + ZnOa)

Несмотря на ионную природу шлаков, все расчеты химического взаимодействия между шлаком и металлом преимущественно базируются на молекулярной теории. Это связано с тем, что большинство термодинамических и металлургических данных о взаимодействии шлака и металла построено именно на базе названной теории.

Процессы окисления расплавленного металла и ферросплавов шлаком можно описать следующими реакциями:

(FeO) + [Mn]5*(MnO)+[Fe]; (3.31)

2(FeO)+[Si]:f±:(Si02) + 2[Fe]; (3.32)

(РеаОз) + 3 [Мп] 3 (МпО) + 2 [Fe]; (3.33)

2 (FeO) + [Ti] (ТЮа) + 2 [Fe]; (3.34)

(FeA) + 2 lAl] (AlA) + 2 [Fe]. (3.35)

Если в покрытие или керамический флюс введено сразу несколько ферросплавов, то в первую очередь окисляются элементы, обладающие большим сродством к кислороду. По степени убывания сродства к кислороду элементы, вводимые в состав электродных покрытий, можно расположить в следующий ряд: Ca-AlTiSiMn-Fe.

Для оценки химической активности сварочных шлаков удобнее всего использовать суммарное количество кислорода, участвующего в окислительно-восстановительных реакциях на межфазной границе. Указанный кислород должен быть связан

с химическим составом шлака выражением вида

[0] =

(3.36)

где А, - относительная химическая активность оксида, способного к восстановлению в сварочной ванне; п - число оксидов в составе шлака, способных к восстановлению в сварочной ванне.

С учетом того обстоятельства, что химическая активность кислого оксида определяется как [6]

Лф = (RO2)/(100S),

а основного оксида Лф =(RO)S/100,

суммарную химическую активность шлака по уравнению (3.39) можно переписать:

Рис. 3.9. Общее содержание кислорода в наплавленном металле в зависимости от химической активности флюса

Ал, =

\i=I

(ROa).- -

fi" i (RO)fc

/(lOOS),

(3.37)

где m и - количества кислых и основных оксидов соответственно; (RO2) и (R0)-концентрации кислого и основного оксидов в- составе шлака; В -основность шлака, определяемая по уравнению (3.30).

В конкретизированном виде уравнение (3.37) принимает вид:

SiOa -!- 0,5 (TiOjj) 4-0,4 (AlA + ZrO) 4" 0,42В« (MnO) Лф=- ,

где (ЗЮг), (ИОг) и т. д.- содержание компонентов шлака, % (по массе).

Корреляционная зависимость содержания кислорода в наплавленном металле от коэффициента относительной химической активности шлака при сварке под флюсом, найденная на основе экспериментальных данных, представлена на рис. 3.9.

3.3.3. Влияние физико-химических реакций на качество металла шва

В процессе кристаллизации сварочной ванны растворимость азота, водорода и кислорода снижается скачкообразно и возникают предпосылки для обратного нх выделения. Это может явиться одним из факторов, способствующих или обусловливающих появление и развитие пор в металле шва.

Одновременно с изложенным повышение концентрации перечисленных газов в металле швов может способствовать снижению механических свойств сварных соединений, образованию трещин и т. д.

Кислород. Как уже отмечалось, окисление металла приводит преимущественно к тому, что продукты раскисления реакций вида (3.23) остаются в закристаллизовавшемся металле в виде мелкодисперсных оксидных включений, повышая общую

концентрацию в нем кислорода. Повышение общей концентрации кислорода в металле швов способствует снижению пластичности и ударной вязкости металла (рис. 3.10). В дополнение

30 Z5

250 \

ZOO 150

/1015 0,025 0,035 COJ,%

0.05 0,10 0,15 т,%

Рис. 3.10. Зависимости пластичности и ударной вязкости металла KCV, швов, выполненных электродами с основным видом покрытия, от общего содержания кислорода

Рис. 3.II, Влияние концентрации азота в иизкоуглеродистой стали иа ее механические свойства