3.2 Влияние водорода

Давно установлено отрицательное влияние водорода на качество слитка. Выделение водорода во время кристаллизации способствует развитию рослости слитков, образованию пористости как в слитках, так и в заготовках, способствует формированию в слитках пятнистой ликвации. Водород хорошо ликвирует и усиливает ликвацию других примесей. Обычно повышенные концентрации водорода обнаруживаются в центральной и головной части слитка. Способность водорода к ликвации создает опасность появления ряда дефектов в стали.

Жидкая сталь при переходе в твердое состояние и при дальнейшем ее

охлаждении может пересыщаться водородом, вследствие резкого уменьшения возможной растворимости при различных модификациях железа. Большая часть водорода выделяется из раствора внутри слитка (изделия) возле мельчайших трещинок и несплошности усадочного происхождения и в порах на границе неметаллических включений и металла.

Развивающийся здесь процесс молекулярного превращения 2[H] → [H₂] приводит к скоплению молекул водорода и в отвердевшей стали формируются участки, где выделившийся водород находится под значительным давлением. Это способствует возникновению внутренних напряжений в металле. При сочетании условий, когда эти напряжения складываются с напряжениями другого рода, например термическими или напряжениями, возникшими в результате фазовых превращений или при деформации, которые в сумме превышают предел прочности стали при данном ее состоянии, то это приводит к образованию внутренних разрывов стали и мельчайших трещинок волосных размеров, которые называются флокенами.

Хромоникелевые, хромоникельмолибденовые стали обычно кристаллизуются с развитием столбчатых кристаллитов. Эта особенность кристаллического строения облегчает условия для скапливания молекулярного водорода у границ развитых кристаллитов. Именно в этой зоне возле неметаллических образований возникают большие напряжения, благодаря скопившемуся молекулярному водороду, которые приводят к ослаблению прочности связи кристаллитов, облегчая разрушение стали в поперечных образцах. Излом стали имеет обычно древовидное (занозисто-слоистое) строение, называемое шиферным. Углеродистые стали менее склонны к формированию шиферного излома, чем сталь, легированная хромом, никелем и молибденом. Шиферное строение стали понижает ее пластические характеристики.

Для предупреждения вредного влияния водорода сталь подвергают термической обработке, при которой облегчаются условия диффузии растворенного водорода к поверхности слитка (изделия) и последующего его удаления, чем ликвидируется возможность скопления молекулярного водорода внутри слитка (изделия). Образование указанных дефектов можно предупредить медленным охлаждением слитков в специальных устройствах или под горячим песком.

В настоящее время после вакуумирования жидкой стали, благодаря которому снижается концентрация в ней водорода до 1,5—2,0 сл3/100 г, полностью предупреждается образование в стали флокенов и шиферного излома. Это и подтвердило, что именно водород является основным источником порождения указанных дефектов в поковках, главным образом из легированной стали. Для этой же цели начали широко применять способ продувки жидкого металла в ванне печи, и особенно в разливочном ковше, инертными газами (гелием, аргоном) через пористые огнеупоры в виде цилиндрических конусов, установленных в днище ковша.