способ обезводораживания рельсовой стали

Формула изобретения

Способ обезводораживания рельсовой стали, включающий охлаждение с температуры 530^oС, отличающийся тем, что охлаждение осуществляют в расплаве щелочей.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для повышения эффективности и сокращения продолжительности обезводороживающих обработок стали.

Известен способ обезводороживания стали, включающий замедленное охлаждение (в течение 20-100 ч) стали до 200^oC [1] Недостатком способа является его длительность.

Наиболее близким к заявленному по технической сущности является выбранный в качестве прототипа способ обезводороживания, основанный на замедленном охлаждении рельсов от 530 до 150^oC в течение 7 ч [2, с.180] Недостатки этого способа следующие: различие в условиях охлаждения рельсов по высоте и ширине колодца, значительная продолжительность процесса, требующая больших производственных площадей.

Техническим результатом изобретения является сокращение продолжительности процесса обезводороживания рельсов за счет интенсификации удаления водорода и стабилизации механических свойств рельсовой стали за счет более полного обезводороживания.

Решение задачи достигается тем, что охлаждение проводят в расплаве щелочей.

Изобретение обладает новизной, что следует из сравнения с аналогом и прототипом; изобретательским уровнем, так как явно не следует из существующего уровня техники; практически легко осуществимо без дополнительных энергозатрат.

Сущность изобретения поясняется следующим:

Охлаждение стали проводят в ванне с расплавом щелочей (20% NaOH + 80% KOH). При обработке первой партии стальных изделий смесь щелочей расплавляется под действием собственного тепла обрабатываемого металла.

Процесс удаления растворенного в стали водорода состоит из 4-х последовательных стадий: 1) диффузии атомов водорода в объеме металла; 2) перехода атомов из растворенного в адсорбированное состояние на поверхности; 3) образования молекул водорода на поверхности; 4)удаления адсорбированных молекул.

Известно, что состав среды и состояние поверхности стали оказывают заметное влияние на скорость дегазации. При охлаждении стали эффективность обезводороживания непрерывно уменьшается за счет усиления роли поверхностных реакций. Ускорение поверхностных процессов обезводороживания является резервом для интенсификации обезводороживающих обработок.

Если при охлаждении стали имеет место контакт ее поверхности с расплавом щелочи, то адсорбирующийся на поверхности стали атомарный водород вступает в реакцию с ионом гидроксила

H+OH__ H₂O,

что приводит к ускорению направленной диффузии водорода из центра изделия к его поверхности.

Об окончании процесса обезводороживания свидетельствует прекращение выделения пузырьков H₂O с поверхности стали.

Способ поясняется следующим примером.

Проведено сравнение эффективности обезводороживания рельсовой стали марки М74 пи температуре 530^oC в вакууме 10^-2 Па и в расплаве щелочей (20% NaOH + 80% KOH). Размеры образцов составляли 10х10х10 мм с исходным содержанием водорода 3,0-3,5 см³/100 г. После выдержки в вакууме в течение 1 ч содержание водорода в металле снизилось до 2,7-2,7 см³/100г. После обработки в расплаве щелочей при температуре 530^oC в течение 40 с (образцы извлекали из расплава на воздух по окончании выделения пузырьков H₂O) содержание водорода снизилось до 2,1-2,2 см³/100 г.

Анализ содержания водорода проводили методом восстановительного плавления на установке LECO типа RH-I.

После термической обработки на воздухе механические свойства стали сохранились на исходном уровне. Обработка в расплаве привела к повышению как прочностных, так и пластических свойств.

Таким образом, воздействие на поверхность стали расплавом щелочи приводит к интенсификации обезводороживания и повышению механических свойств стали. Предлагаемый способ обезводороживания позволяет резко сократить продолжительность обезводороживающих обработок с одновременным повышением механических свойств обрабатываемых изделий. Обрабатываться может сталь в процессе производства или готовые изделия, а также сварные швы.