Образование фуллеренов в углеродистых сталях и чугунах при кристаллизации и термических воздействиях

• Автор: Закирничная, Марина Михайловна
• Шифр специальности: 05.02.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Уфа
• Количество страниц: 244 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Роль углерода в формировании структуры сталей и чугунах

1.1. Основные компоненты сталей и чугунов

1.2. Предпосылки образования фуллеренов в структуре углеродистых сплавов на основе железа

1.3. Технологические процессы, сопровождающиеся

изменением количества углерода в сталях и чугунах

1.3.1. Металлургические процессы получения углеродистых чугунов

и сталей
1.3.2. Диффузионное насыщение поверхностных слоев
металла углеродом
2. Методики выделения и идентификации фуллеренов
2.1 Масс-спектромерия
2.2. Малоугловос рассеяние рентгеновских лучей и его результаты
2.3. ИК-спектрометрия
2.4. Высокоэффективная жидкостная хроматография
2.5. Сканирующая туннельная микроскопия
3. Закономерности образования фуллеренов
в структуре углеродистых чугунов и сталей при первичной кристаллизации
3.1. Образование фуллеренов при доменном процессе
получения передельных и литейных чугунов
3.2. Влияние условий охлаждения слитка на образование фуллеренов
4. Образование фуллеренов в сталях при повторных
термических воздействиях
4.1. Влияние термообработки на изменение количества фуллеренов

в углеродистых сталях
4.2. Изменение количества фуллеренов в процессе графитизации
4.3. Распределение фуллеренов по зонам сварного соединения
5. Образование фуллеренов при диффузионном внедрении углерода в стали при цементации и в процессе переработки углеводородного сырья
5.1. Выделение фуллеренов из металла труб змеевика печи пиролиза
5.2. Диффузионное насыщение углеродом поверхностных слоев конструкционных сталей
6. Фуллеренная модель структуры углеродистых сплавов
на основе железа
Общие выводы
Список использованных источников
Приложения
ВВЕДЕНИЕ

Нефтехимическая и нефтеперерабатывающая промышленность - интенсивно развивающая отрасль народного хозяйства, которая базируется на результатах многих научных и технологических разработок. Все возрастающее производство нефтехимического оборудования требует создания высокоэффективных, экономичных и надежных аппаратов высокого качества: реакторов, теплообменников, испарителей, конденсаторов и т.д.
Характерной особенностью нефтеперерабатывающих процессов является большая металлоемкость (32 кг металла в расчете на 1 т сырья) [1]. Например, на Ново-Уфимском нефтеперерабатывающем заводе (ОАО НУНПЗ) для ведения технологических процессов нефтепереработки применяется 6680 единиц оборудования, из которых основную долю занимают насосы (34,8%), теплообменники (22,5%), емкости (18,3%) и колонные аппараты (4,9%) [2]. Такое распределение типично для всех нефтеперерабатывающих и химических заводов [3].
В зависимости от рабочих условий (давления и температуры) и коррозионной стойкости в заданной среде для изготовления технологического оборудования нефтехимических предприятий применяются углеродистые стали обыкновенного качества и качественные, низколегированные и высоколегированные стали и сплавы. Анализ базы данных по техническому обслуживанию ОАО НУНПЗ г. Уфы [4] показал, что наибольшее распространение имеют углеродистые и низколегированные стали (рисунок 1).
Из листовой стали изготавливаются корпусы (обечайки), днища, фланцы, различные тарелки, трубные решетки и многие другие детали аппаратов. Листовой прокат - основной материал для большинства аппаратов по массе. Сортовая сталь в виде полос, круга, квадрата и фасонных профилей (угловая, коробчатая, двухтавровая и др.) применяется для изготовления фланцев, муфт, пробок, опорных балок и других деталей аппаратов. Из поковок и

белл Е.Д. [111] установил, что цементит неустойчив и медленно разлагается на Ре и графит. Однако в присутствие кремния (0,1%) цементит становится устойчивым и не распадается при температурах ниже 1250 °С [112].
Во многих исследованиях обнаружено, что химический состав этой необычной фазы приблизительно соответствует формуле РезС и это обстоятельство до сих пор является единственным аргументом в пользу сложившихся представлений о цементите как о метастабильном химическом соединении - карбиде железа [113, 114].
Предложены несколько вариантов строения кристаллической решетки цементита, представленных на рисунке 7. По первому представлению [10], он имеет сложную ромбическую решетку с плотной упаковкой атомов (рисунок 7, а) и состоит из ряда октаэдров, оси которых расположены под некоторыми углами друг к другу (чтобы не затемнять рисунок, изображены не все октаэдры). Внутри каждого октаэдра располагается атом углерода. Так как каждый атом железа принадлежит одновременно двум октаэдрам, то при заполнении углеродом всех октаэдров формула соединения соответствует отношению Ре:С=3:1.
В [115] предлагается иную схему строения кристаллической решетки цементита - орторомбическая (рисунок 7, б), в элементарную ячейку которой входят 12 атомов железа и 4 атома углерода. Большими и маленькими кружочками обозначено положение этих атомов.
В [29, 30] также признается орторомбическая решетка, однако предлагается ее иное пространственное расположение (рисунок 7, в): распределение атомов в решетке образует последовательность горизонтальных слоев трехгранных призм, в центре которой расположен атом углерода, четыре атома у основания призмы занимают так называемые общие позиции (О-узлы), два атома в вершине призмы находятся в частных позициях (Б-узлы). Соотношение заселенностей в- и Б- узлов составляет 2:1. Межатомная связь носит смешанный, ковалентно-металлический характер. Связь между слоями призм