Исследование и разработка технологии ЭШП и ЭШПД хромомарганцевых сталей, легированных азотом

• Автор: Ригина, Людмила Георгиевна
• Шифр специальности: 05.16.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 149 с. : ил.

Введение.

Глава 1. Азот как легирующий элемент в сплавах на основе железа.

1.1. Влияние азота на свойства сталей.

1.2. Растворимость азота в железе

1.3. Влияние различных элементов легирующих и примесных

на растворимость азота в расплавах железа

1.3.1. Хром

1.3.2. Марганец

1.3.3. Никель

1.3.4. Другие элементы.

1.4. Влияние термодинамических факторов на растворимость азота в стали.

1.5.1. Способы получения азотсодержащих сталей при повышенном давлении.
1.6.1. Электрошлаковый переплав под давлением ЭШПД.
Выводы к главе 1.
Глава 2. Методика проведения работы и обработка экспериментальных данных
2.1. Изучение растворимости азота в стали
2.2. Определение теплофизических характеристик стали.
2.2.1. Определение плотности стали.
2.2.2. Определение удельного сопротивления, теплоемкости, теплопроводности
2.3. Установка для электрошлакового переплава под давлением
2.4. Исходные материалы, применяемые при проведении плавок.
2.5. Исследование качества металла.
Глава 3. Исследование поведения азота в сталях типа ХНЗМФА,
XА, ХАГ и электрошлаковый переплав
высокоазотистых сталей в лабораторных условиях.
3.1. Влияние термодинамических факторов на поведение азота в сталях
систем БеСг, РеСгМп.
3.2. Расчет растворимости азота в сталях ХНЗМФА, ХА, ХАГ.
3.3. Экспериментальные исследования растворимости азота в стали ХАГ
3.4 Выбор метода расчета растворимости азота в многокомпонентном
расплаве на основе железа
3.5. Основные положения технологии ЭШП сталей, легированных азотом.
3.5.1. Определение теплофизических свойств стали ХАГ.
3.5.2. Определение динамики прогрева электрода в процессе переплава
3.5.3. Определение сопротивления шлаковой ванны и теплового кпд плавки.
3.6. Металлургические особенности ЭШП азотированных сталей
в лабораторных условиях
Выводы к главе 3.
Глава 4. Промышленное освоение электрошлакового переплава стали ХАГ
4.1. Проведение промышленных плавок ЭШП стали ХАГ на печи
ОКБ ПО Ижорский завод.
4.2. Оценка качества и свойств промышленного металла
,0 т слитков ЭШП массой т.
Выводы к главе
Глава 5. Разработка технолога и выплавки высокоазотистых
сталей методом электрошлакового переплава под давлением.
5.1. Определение давления, необходимого при выплавке
стали с содержанием азота выше равновесной концентрации.
5.2. Выбор флюса и его подготовка.
5.3. Расходуемые электроды
ф 5.4. Проведение экспериментальных плавок.
5.5 Определение коэффициента усвоения азота при
использовании для легирования различных азотсодержащих материалов
и изучение поведения азота
5.6. Исследование свойств сталей XАГ,
Щ XА и ХНЗМФА, выплавленных методом ЭШПД.
Выводы к главе
Общие выводы
Библиографический список
Введение


В настоящее время в промышленности используется более 0марок сталей, легированных азотом. Первые получают в условиях выплавки и кристаллизации при атмосферном давлении азота. Вторые при повышенном давлении азота, позволяющем сохранить большее его содержание в металле, чем при открытой выплавке. Легирование азотом диспсрсионнотвсрдсющих сталей приводит к образованию мелкодисперсных нитридов по границам зерен, препятствующих их росту, позволяет повысить предел текучести и ударную вязкость металла 8. Нержавеющие стали, легированные азотом, превосходят по прочности, вязкости и коррозионной стойкости традиционные нержавеющие стали. Легированные азотом безникелевые стали, применяемые в медицине для изготовления хирургического инструмента и имплантатов обладают повышенной прочностью, износостойкостью и не вызывают негативных явлений и аллергических реакций в человеческом организме. Нержавеющие мартснситные и ферритные стали, легированные азотом, при соответствующей термической и термопластической обработке обладают повышенной прочностью, коррозионной стойкостью и улучшенной технологической пластичностью при высоких и низких температурах. Подробное аналитическое обобщение данных о структуре и свойствах нержавеющих сталей, легированных азотом растворимости азота в них термодинамике этих растворов, в том числе, в зависимости от концентрации примесей и легирующих элемегггов от температур и давлений реакций, протекающих в жидком металле параметров диффузии и других факторов, связанных с особенностями выплавки, по состоянию на е годы было сделано М. В. Приданцевым, Н. П. Таловым и Ф. Л. Левиным . М2ОТ Кмлр 1. Кц константа реакции, численное значение которой зависит от температуры и способов выражения концентрации. Выполняемость закона Сивертса указывает на идеальность образующегося раствора . Т 0,5 0,5 РМ2 1. Из которого следует, что при Т К и Ркг 1 атм 0,4. Анализ результатов многих исследований, выполненных различными авторами методом отбора проб, показал хорошую согласованность данных, уровень отклонения которых от расчетной величины составляет 0,2. На рис. Диаграмма состояния системы железоазот приведена на рис. Рис. О т а кО
Рис. Диарамма состояния РеЫ . Концентрация азота, находящегося в равновесии с газообразным азотом растет с увеличением температуры. В точке перехода ау 6 С скачкообразно изменяется, при дальнейшем росте температуры до перехода у5 С она уменьшается. Азот может образовывать с железом два соединения Ре4 9,9 и Ре4 ,5 . Ре4 начинает разлагается при температуре 0С. При дальнейшем повышении температуры начинает диссоциировать и Ре4. Энтальпия растворения азота в жидком железе ДНм представляет собой разность двух противоположных по знак величин энтальпии диссоциации молекулярного азота на атомы ДНдис и энтальпии растворения атомарного азота в жидком железе ДНр. Первый процесс является эндотермическим, а второй экзотермическим. Так как ДНд,,с ДНР, то процесс, описанный уравнением 1, протекает с поглощением тепла. Если данные по растворимости азота показывают хорошую согласованность у различных исследователей, то данные по энтальпии имеют значительный разброс. Таким образом, энтальпия растворения азота в жидком железе до К 0 Джмоль, а выше К 0 Джмоль. А.М. Самарин, первым обративший на это внимание, связывал изменение ДН при изменении температуры со структурными превращениями. Известно, что при растворении кислорода оксидная фаза проявляется при очень низком парциальном давлении кислорода в газовой фазе Ро2 атм. В отличие от этого, при растворении азота даже при 2 1атм самостоятельная нитридная фаза не образуется. Образование нитридов типа 2 и 4 наблюдали лишь в твердом металле в температурном интервале существования аустенита. Влияние парциального давления над расплавом железа на его растворимость в зависимости от времени выдержки при Т С представлено на рис. Данные по кинетике азотирования свидетельствуют о том, что для выхода на стационарную концентрацию в чистом железе требуется около мин. Т К 0Т 1, при Т К Т0,
1. Рис. О 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0,
Рис.