Легирование сталей и сплавов азотом из дуговой плазмы: теория и практика (Обзор. Часть 1)

Abstract

Рассмотрены особенности легирования металлических материалов азотом, в том числе и из газовой фазы при плазменно-дуговом переплаве. В отличие от других легирующих элементов азот в стандартных условиях находится в газообразном состоянии. Поэтому использование его как легирующего элемента имеет свои особенности. Показано, что скорость абсорбции азота при ПДП чрезвычайно высока и это позволяет получать слитки, в которых содержание азота превышает стандартную растворимость газа в жидкой стали при температуре ликвидуса. Влияние азота как легирующего элемента сравнимо с влиянием углерода. На ряде примеров показано, что используя метод плазменно-дугового переплава представляется возможным в промышленных масштабах легировать стали азотом до концентраций, значительно превышающих его стандартную растворимость в металле. Выплавленные в плазменно-дуговых печах слитки отличаются высоким качеством поверхности и имеют плотную макроструктуру несмотря на высокое содержание азота. Растворенный в металле азот достаточно равномерно распределен в объеме слитков.

Peculiarities of alloying of metallic materials with nitrogen, including that from a gas phase in plasma-arc remelting (PAR) are considered. Unlike the other alloying elements, the nitrogen under standard conditions is in a gaseous state. Therefore, its application as an alloying element has its peculiar features. It is shown that the rate of nitrogen absorption in PAR is rather high and allows producing ingots in which the nitrogen content exceeds the standard gas solubility in a molten steel at the liquidus temperature. The nitrogen effect as an alloying element is comparable with the effect of carbon. It is shown on some examples that by applying the method of plasma-arc remelting it seems to be possible in the industrial scales to alloy steel with nitrogen up to the concentrations, much exceeding its standard solubility in metal. Ingots, melted in the plasma-arc furnaces, are characterized by the high quality of surface and have a dense macrostructure in spite of a high nitrogen content. Nitrogen, dissolved in metal, is sufficiently uniformly distributed in the volume of ingots.