Раскисление с получением газообразных продуктов реакции

Рассмотрим две типичные реакции этого вида раскисления металла.

Раскисление углеродом. Этот процесс может протекать в два этапа:

а). ;

б). .

При этом наблюдается одновременное присутствие железа, закиси железа, углерода, окиси углерода, углекислого газа. Условия равновесия между железом, окислами железа, окисью углерода и углекислым газом для интервала температур 400 − 1300^оС приведены на рис. здесь можно отметить три характерные области:

Область I − устойчивого существования восстановленного железа, уменьшающуюся с ростом температуры. Этой области отвечает наличие преимущественно восстановительной среды в виде СО.

Область II − устойчивого существования FeO. Эта область появляется при температурах, близких к 600^оС, и увеличивается с дальнейшим ростом температуры. Ей отвечает наличие окислительной серды, т.е. заметных количеств СО₂. Присутствие СО₂ развивает процесс окисления железа по реакции:

,

или, при наличии магнетита, восстановление последнего до закиси железа, т.е.

.

Область III − устойчивого существования магнетита Fe₃O₄, уменьшающуюся с ростом температуры (Т > 600^оС). Этой области отвечает еще более сильная окислительная среда, созданная присутствием значительного количества СО₂. Поэтому окислительные процессы развиваются далее по реакции:

.

Т.к. сварочный процесс протекает при более высоких температурах чем рассмотренные, следует предположить следующее:

а). при окислении металла устойчивой формой окисла железа будет FeO;

б). раскисление металла углеродом идет только до образования окиси углерода, т.к. при высоких температурах этот продукт очень устойчив, т.е. по реакции

.

.

Определим равновесную концентрацию FeO в металле, считая, что содержание железа в стали близко к 1 и выразив концентрацию окиси углерода через парциальное давление Р_СО:

,

.

Если полагать приближенно, что в процессе сварки в области высоких температур Р_СО = 1 атм., то

.

С ростом температурного процесса раскисляющая способность углерода повышается и раскисление идет значительно полнее, чем при низких температурах. несмотря на хорошую раскисляющуюся способность углерод как раскислитель находить ограниченное примененеие. это объясняется двумя обстоятельствами:

а). возможностью получения пор в металле шва, особенно на участках металла, кристаллизирующихся в последнюю очередь и сильно насыщенных углеродом;

б). возможностью повышения содержания углерода в металле шва, которое не всегда допустимо.