3.3 Влияние азота

Н. А. Минкевич установил, что при заметном повышении концентрации азота увеличиваются прочностные характеристики и одновременно снижаются пластические свойства стали. Азот увеличивает хрупкость и твердость стали, способствует уменьшению магнитной проницаемости. Установлено также, что в стали, раскисленной и легированной нитридообразующимися элементами, например титаном или цирконием, повышается содержание нитридов.

Азот совместно с углеродом сообщают стали склонность к старению. Наибольшее снижение ударной вязкости после искусственного старения наблюдается у кипящей стали; сталь, успокоенная кремнием, обнаруживает

небольшую склонность к старению, а эта же сталь, но дополнительно раскисленная алюминием, практически не стареет. Известно также, что углеродистая сталь с концентрацией 0,003% азота при остаточном алюминии

0,02% не стареет, но при содержании в подобной стали 0,007% азота для сохранения нестареющих свойств требуется иметь остаточного алюминия в стали 0,035%. Небольшими концентрациями остаточного ванадия в стали (0,02—0,04%) также обеспечивается нестареющие ее свойства.

Искусственно насыщенная азотом томасовская кипящая сталь (до 0,03%) обладала наибольшей склонностью к старению. Спокойная сталь с 0,20% С, раскисленная кремнием и алюминием, почти не стареет. Кипящая сталь с 0,05% углерода без алюминия, т. е. насыщенная газами, в том числе азотом, сильно стареет. Полуспокойная сталь менее склонна к старению, чем кипящая, и если полуспокойную сталь дополнительно раскислить алюминием, то она становится мало склонной к старению. Имеются также указания на возможность использования небольших добавок бора (0,005—0,015%) для связывания азота в кипящей и полуспокойной стали с целью уменьшения склонности к старению.

Растворимость азота резко уменьшается с понижением температуры. Поэтому при охлаждении жидкого металла и дальнейшем его отвердевании неизбежно образование пересыщенных азотом объемов стали, вследствие чего начинается его выделение. При кристаллизации слитка несвязанный азот ликвирует подобно углероду, фосфору или сере, сосредоточиваясь в центре и головной части его. Из пересыщенных объемов стали азот будет выделяться из раствора не в газообразном виде, а в форме нитридов, устойчивых как при высоких, так и низких температурах. Выпавшая твердая мелкодисперсная фаза нитридов и карбиды вызывают напряженность кристаллической решетки, что и обусловливает явление старения. Этот процесс, как указывалось, приводит к ухудшению пластических свойств стали, повышению ее твердости и хрупкости, снижению магнитной проницаемости, увеличению коэрцитивной силы и потерь на гистерезис.

Иногда азот привлекается специально для полезных целей. Так, если в сталь, содержащую азот, добавить нитридообразующие элементы, то это будет способствовать формированию мелкозернистой структуры, так как образующиеся нитриды будут выполнять роль центров кристаллизации. Известны также приемы устранения транскристаллизации в высокохромистой стали путем ввода азотированным феррохромом или азотированным ферромарганцем до 0,3% азота. Такой прием приводит к образованию нитридов хрома, устранению транскристаллической структуры и формированию мелких зерен.