Водород как причина пороков стали. Источники поступления водорода в сталь в процессе производства

Рис. 11. Травильные пузыри в стальном листе

Под этими пузырями после их вскрытия большей частью обнаруживается блестящая поверхность. По Барденгейеру и Тангейзеру этот процесс представляется следующим образом: вошедший при травлении в железо атомарный водород собирается под давлением в молекулярном виде в рыхлотах (шлаки, микрораковины и т. п.) или в местах, из которых не может выйти наружу, вследствие чего образуются пузыри или отскакивает слой эмали. Часто пузыри образуются лишь при подогреве, особенно при больших сечениях деталей, когда давление при комнатной температуре недостаточно для вспучивания. При подогреве давление вследствие расширения газа повышается, а прочность материала уменьшается, что облегчает возникновение пузырей.

Теневые полосы.

При обработке больших поковок часто попадаются участки, которые оказывают несколько иное сопротивление режущему инструменту, чем весь металл. Так как эти места несколько отличаются от остальной обрабатываемой поверхности по оттенку, их называют теневыми полосами (рис. 12).

Эти полосы обозначают пути поднимающихся газовых пузырей, вдоль которых располагаются соответствующие ликваты фосфора и особенно серы.

Так как в более высокоуглеродистой спокойной стали причиной образования теневых полос не может быть выделение пузырей окиси углерода, ее следует искать в действии других газов, особенно водорода. При затвердевании поверхностных слоев во время перехода из жидкого состояния в твердое газ выделяется в соответствии со скачком растворимости. Газ оттесняется фронтом затвердевания слоем икогда собирается в достаточном количестве, т. е. при определенной толщине затвердевшего слоя, начинает подниматься в верхнюю часть слитка. Газовые пузыри поднимаются в слитке не вертикально, а несколько наклонно, что связано с ходом процесса затвердевания.

Рис. 12. Продольный разрез теневых полос в хромоникелевой стали с 0,2 – 0,3 %С, 2.5 %Ni и 1 %Сr.

Образование флокенов.

Снижение растворимости водорода в твердой стали при понижении температуры вызывает появление других пороков, так называемых флокенов.

Флокенами называются различно ориентированные трещины размером до нескольких десятков миллиметров, которые выявляются при механической обработке стали. В изломе флокены обнаруживаются в виде округлых пятен с кристаллической поверхностью (рис. 13).

Рис. 13. Флокены в изломе; сталь У-10

Флокены образуются при охлаждении, прежде всего после горячей механической обработки.

Обычно флокены встречаются в пластически деформированной стали (катаной, кованой или штампованной) в изделиях и профилях средних и крупных размеров. Флокены никогда не выходят на поверхность заготовок, а располагаются в их глубинных частях. Верхние части поковок, ближе к прибыли, обычно в большей степени поражены ими. Флокены также обнаруживаются в слитках и в фасонных отливках.

Флокены образуются во многих сортах легированных сталей, за исключением быстрорежущей, высокохромистой и аустенитной.

На рис. 14 показаны типичные флокены в изломе. Название «флокены» возникло вследствие их большей частью матово-блестящего металлического вида, которым они отличаются от остальной поверхности излома стали, особенно если этот излом вязкий. Структура поверхности излома флокенов грубо- или мелкозернистая в зависимости от температуры конца горячей обработки давлением или степени деформации.

Флокены встречаются большей частью внутри стальных заготовок, имеющих литейные засоры или ликвационные скопления и в тех случаях, когда затруднена диффузия водорода из слитка наружу. Во многих случаях расположение флокенов связано с напряжениями, возникающими при охлаждении.

Рис 14. Флокены в хромоникелевой стали Х 0,5

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

A. Напряжения:

1)  напряжения вследствие охлаждения;

2)  напряжение вследствие превращения;

3)  напряжения вследствие деформирования.

B.  Металлургические явления:

1)  сегрегация;

2)  шлаки;

3)  газы.

Флокены резко понижают пластические свойства стали. Ударная вязкость уменьшается, если флокены расположены поперечно к плоскости удара, и не изменяется, если флокены расположены вдоль испытуемого образца. Предел текучести и предел прочности меняются незначительно или совсем не меняются.

Особенно предрасположены к образованию флокенов хромоникелевые, хромоникелевольфрамовые и хромоникельмолибденовые стали. В углеродистых сталях флокены встречаются при содержании углерода не ниже 0,4–0,5% (рельсовые, бандажные, инструментальные и другие стали).