Раскисление с получением оксидов, нерастворимых в металле и всплывающих в шлак.

К числу раскислителей, образующих такие оксиды, относятся Ti, Si, Мn, Аl и др.

В общем виде реакция раскисления железа представляется таким уравнением:

где Ра — раскислитель.

Константа равновесия реакции

Но в сталях [Fe] ~1, поэтому равновесная концентрация свободной закиси железа в металле

Следовательно, концентрация свободной закиси железа уменьшается с повышением содержания раскислителя и уменьшением концентрации оксидов данного раскислителя в металле.Если же учесть, чтораскислителями, как правило, служат элементы, образующие нерастворимые в металле оксиды, удаляемые в шлак,то концентрацию [Pa_n0_m] можно считать величиной постоянной. Тогда, включая величину [Pa_n0_m] в константу равновесия реакции, получим

Таким образом, для определенных температур можно установить зависимость между концентрацией раскислителя и находящейся с ней в равновесии концентрацией свободной закиси железа. Тогда, задаваясь допустимым содержанием [FeO], определяют отвечающую этому содержанию концентрацию раскислителя в металле.

Рассмотрим характерные черты наиболее важных раскислителей этой группы, применяющихся в сварочной технике:

1. Кремний— Si (Тпл = 1440 °С; Ткип = 2630 ºС; ρ =2,37 г/см³).При окислении образует нерастворимый в расплаве железа кислотный оксид Si0₂, который легко создает комплексы, в том числе и с FeO.Силикаты железа всплывают на поверхность металла и переходят в шлак, вследствие чего раскисляющая способность кремния не снижается.

С повышением концентрации кремния в металле уменьшается содержание в нем закиси железа.

При этом раскисляющая способностькремния заметноувеличивается с понижением температуры.

Так как оксиды кремния увеличивают кислотность шлака, а вместе с тем и его вязкость, введение кремния в сварочную ванну ограничивают.

2. МарганецМп (Тпл = 1244 °С; Ткип = 2027 ºС; ρ =7,46 г/см³). При окислении марганец превращается в закись MnO —относительно сильный основной оксид, нерастворимый в металле.

Закись марганца образует с закисью железа непрерывный ряд растворов как в жидком, так и в твердом состоянии.Взаимное физическое растворение их приводит к уменьшению содержания в шлаке свободной закиси железа, и поэтому создаются условия для соответствующего перехода из металла в шлак новых порций FeO.

Как и для кремния, с увеличением содержания марганца в металле уменьшается концентрация в нем закиси железа, однаковлияние кремния сказывается сильнее.

С увеличением температуры действие марганца как восстановителя слабеет.

3. ТитанTi (Тпл = 1660 °С; Ткип = 3260 ºС; ρ = 4,54 г/см³) относится кчислу сильных раскислителей, более сильных, чем кремний и марганец.Образующийсякислотный оксид ТiО₂ нерастворим в металле, легко вступает в комплексы, переходящие в шлак.

С увеличением содержания титана в стали количество закиси железа также уменьшается.

Титан активно реагирует с азотом, образуя прочные нитриды, нерастворимые в металле.Вместе с тем, он сильный модификатор, т. е. элемент, способствующий измельчению зерна в металле.

4. Алюминий—А1 (Тпл =658 °С; Тисп =2500 °С; ρ =2,7 г/см³) -наиболее сильный раскислитель этой группы. Образуетамфотерный оксид А1₂0₃.

Раскисление жидкого металла алюминием сопровождается значительным выделением тепла, обеспечивающим дополнительный подогрев металла сварочной ванны, что благотворно влияет на протекающие процессы.

Однако окись алюминия с трудом всплывает на поверхность сварочной ванны и частично остается в шве в виде неметаллических включений.Это одна из причин незначительного применения алюминия как раскислителя при сварке сталей.

Как и титан, алюминий склонен образовывать с азотом стойкие нитриды.