Взаимодействие расплавленного металла с кислородом. Пути снижения содержания кислорода в металле шва

Ис­точниками кислорода в га­зовой фазе являются угле­кислый газ, образующийся при диссоциации содержа­щихся в покрытии карбо­натов кальция и магния (СаС0₃=Са0 + С0₂; MgC0₃=Mg0+C0₂), пары воды и частично воздух, в котором находится 23, 2% (по массе) кислорода.

Углекислый газ и пары воды при высоких температурах дис­социируют с образованием свободного кислорода по схеме

С0₂=СО+0, 50₂;

Н₂СНН₂+0, 50₂.(5)

При контакте свободного кислорода с расплавленной сталью происходит его растворение в железе, а ири достижении предела растворимости — химическое взаимодействие с образованием ок­сида железа FeO. При снижении температуры расплава равновес­ная растворимость кислорода в железе, контактирующим с FeO, понижается (при температуре 1520°С происходит резкое сниже­ние растворимости с 0, 18% в жидкости до 0, 08% в -железе). Вы­деляющийся из расплава кислород реагирует с железом и содер­жащимися в стали легирующими элементами, имеющими доста­точные для этого концентрации и повышенное сродство к кисло­роду. Окисление железа и других элементов возможно и путем непосредственного взаимодействия с углекислым газом и водой:

Особенно активно процесс взаимодействия металла с кисло­родом проходит в капле и головной части ванны. Часть продук тов окисления поступает в шлак, а часть в виде оксидных дис­персных включений, различных по форме и размерам, остается в металле. Присутствие кислорода в металле шва, особенно в ви­де дисперсных остроугольных включений, ухудшает его механи­ческие свойства, главным образом пластические характеристики. Относительное удлинение снижается в среднем на 30-40%, ударная вязкость — на 40-80%. Считается, что оксидные вклю­чения, располагаясь по границам зерен, способствуют зарож­дению микротрещин и этим снижают деформационную способ­ность металла.

Окисление содержащихся в стали легирующих элементов, их выгорание дополнительно ухудшает свойства сварного соедине­ния, а наличие повышенного количества кислорода в металле мо­жет привести к образованию пор вследствие развития в кристал­лизующейся части сварочной ванны реакции окисления углерода (см. реакции (10) и (11)).

Поэтому возникает необходимость в освобождении расплава от кислорода. Такой операцией, направленной на удаление, из жидко­го металла кислорода, является раскисление. Общее содержание кислорода в раскисленном металле шва соединений, получаемых при сварке низколегированных сталей современными марками эле­ктродов, не превышает 0, 030-0, 035% (в нераскисленном металле шва его содержание может достигать 0, 5-0, 7%).