Особенности газовой коррозии железа и его сплавов

Окисление железа и железоуглеродистых сплавов наносит ощутимый ущерб при таких технологических операциях, связанных с нагревом металлов, как литье, горячая обработка давлением, сварка и термическая обработка. На этот процесс влияет ряд факторов:

1. Температура. При нагреве на воздухе или в атмосфере горения топлива железо и его сплавы окисляются, покрываясь окалиной. Окалина формируется в результате взаимодействия железа с кислородом по реакциям:

4Fe + 3O₂ = 2Fe₂O₃ с образованием окиси железа - гематита;

3Fe + 2O₂ = Fe₃O₄ с образованием закиси-окиси железа - магнетита;

2Fe + O₂ = 2FeO с образованием закиси железа - вюстита.

Гематит и магнетит составляют внешний слой окалины; пленки этих оксидов до температуры 400 ^оС растут по логарифмическому закону, а при более высоких температурах - по закону параболическому.

Вюстит - внутренний слой окалины, образуется при температурах выше 575 ^оС; рост слоя этого оксида подчиняется параболическому закону.

Повышение температуры нагрева сверх 575 ^оС не приводит к появлению новых фаз в окалине, однако образовавшиеся три слоя оксидов увеличиваются по толщине, причем наиболее интенсивно растет слой вюстита и очень слабо - слой гематита.

2. Химический состав сталей. С увеличением содержания углерода в сталях скорость их окисления при температурах выше 800 ^оС уменьшается, так как при этом возрастает интенсивность образования окиси углерода. Окалина, насыщенная этой окисью, способствует усилению "вакуумной пористости", что и приводит к торможению процесса окисления сталей.

Легирование сталей изменяет состав окалины во всех ее слоях, но наиболее сильно во внутреннем слое - вюстите, который обогащается оксидами легирующих элементов. Окалина приобретает кристаллическую решетку типа шпинели (например, FeO×Cr₂O₃), вследствие чего затрудняются диффузионные процессы и уменьшается скорость окисления сталей.

3. Структура. Стали с однофазной аустенитной структурой более устойчивы против окисления по сравнению с двухфазными аустенитно-ферритными сталями, причем увеличение доли ферритной составляющей ускоряет процесс окисления этих сталей.

Существенное влияние на жаростойкость чугунов оказывают форма и размеры графитных включений. Чугуны с шаровидным графитом имеют более высокую стойкость против окисления, чем чугуны с пластинчатым графитом; жаростойкость чугунов тем выше, чем мельче графитные включения.

4. Состав газовой среды. На процесс окисления железа и сталей заметно влияет присутствие в газовой среде соединений серы, паров воды, кислорода (табл. 3).

Таблица 3