Водород в железе и других металлах, страница 21

В изломе улучшенных образцов стали флокены видны особенно отчетливо (см. рис. 26), когда окружающая трещинки структура излома имеет мелкозернистый, бархатистый вид, какой, например, получается у легированной, прежде всего хромоникелевой, стали. У сталей с хрупким изломом — углеродистых и им подобных— структура выявляется плохо, так что часто в таких сталях флокены не заметны, хотя они там и имеются. Однако методом ультразвуковой дефектоскопии их можно хорошо выявить.

Причинами образования флокенов следует считать напряжения и некоторые факторы металлургического характера:

1)  Напряжения: •  напряжения вследствие охлаждения; •  напряжение вследствие превращения; •  напряжения вследствие деформирования.

2)  Металлургические явления: •  сегрегация; •  шлаки; •  газы.

Однако, согласно исследованиям, все эти причины могут только способствовать появлению флокенов, но ни одна из них не является первичной.

Процесс образования флокенов можно представить следующим образом: растворенный в стали водород при затвердевании слитка удерживается в нем и остается в твердом растворе, сильно пересыщая его. Если затвердевший, но не остывший, слиток подвергается прокатке или ковке, то в процессе охлаждения после горячей обработки водород выделяется, развивая в пустотах металла соответствующее давление. Если охлаждение ведется медленно и слитки не слишком велики, то имеются условия для удаления водорода путем диффузии без каких-либо повреждений слитка. При быстром же охлаждения диффузия не успевает пройти по всему сечению и в лучшем случае завершается в наружных слоях. В этом случае во внутренних слоях слитка давление водорода повышается и может быть причиной образования флокенов в критическом интервале температур 200 - 100°С и, кроме того, развития водородной хрупкости. Таким образом, возникает связь между водородным охрупчиванием и переменным полем напряжений, вызываемым пластической деформацией.

2.6.4  Обезуглероживание

Влажный водород при высоких температурах является резко действующим обезуглероживающим средством. При переводе печей, отапливаемых углем, на газовое отопление, особенно при применении газов, содержащих водород, часто обнаруживалось нежелательное обезуглероживание, которое можно было предотвратить только точной регулировкой сжигания газа, отчасти добавкой углеродистых средств. Сухой, не содержащий кислорода водород при низком давлении, в противоположность влажному водороду, не обезуглероживает сталь с поверхности.

Предполагая, что обезуглероживание обусловливается скоростью диффузии углерода в железе, а не скоростью реакции на поверхности, степень обезуглероживания можно рассчитать, исходя из начального содержания углерода и диффузионных констант.

От поверхностного обезуглероживания под атмосферным давлением, которое происходит только при повышенных температурах и при одновременном присутствии водорода и кислорода, следует отличать обезуглероживание водородом под высоким давлением при сравнительно низких температурах, около 250°С. Поверхностное обезуглероживание при высоких температурах большей частью не сопровождается водородным охрупчиванием, чего нельзя сказать про обезуглероживание при низких температурах.

Последнее наступает уже при температурах выше 250 - 300°С и давлении 200 - 300 ат. Оно начинается на границах зерен и других благоприятствующих поверхностях, распространяется в глубь зерен и связано с разрыхлением структуры. В подвергнутых такому действию водорода образцах чрезвычайно сильно уменьшаются ударная вязкость, относительное сужение и удлинение. Сила этого воздействия существенно зависит также от продолжительности испытания. Глубина обезуглероживания мало зависит от степени упаковки, точно так же мало влияет на обезуглероживание и структура, хотя наличие ферритной сетки благоприятствует появлению отдельных обезуглероженных слоев. Холодная деформация также ускоряет воздействие водорода.