Рис. 146.|Равновесие реакций восстановления окислов железа водородом (сплошные линии) и окисью углерода (пунктирные линии) [120]

Влияние влаги и кислорода, поступающих в зону сварки извне, даже при защите тщательно подготовленным газом иллюстрируется тем, что ударная вязкость соединений труб из стали 20, очищенных от ржавчины, составляла в среднем 12,5 кГм!смг, а неочищенных 1,5 кГм!см2.

Опыты по сварке сопротивлением хорошо очищенных труб из низкоуглеродистой и низколегированной сталей с защитой тщательно подготовленной смесью азота и водорода показали возможность получения этим способом соединений, свободных от окислов, с высокими механическими свойствами [70].

При термической обработке с безокислительным нагревом стали иногда применяют атмосферу продуктов неполного сгорания углерода, содержащую в различном соотношении СО и С02. На рис. 146 приведены кривые равновесия реакций восстановления Fe304 и FeO окисью углерода и водородом. По оси ординат отложено содержание СО и Н2 в газовой смеси равновесного состава (остальное С02 или Н20). До температуры 570° С существует только Fe304 и идет прямое восстановление железа из этого окисла. При Т 570° С сначала Fe304 восстанавливается до FeO (нижняя ветвь кривой), а затем вюстит восстанавливается до железа. Кривые равновесия пересекаются при Т = 810° С, когда химическое сродство водорода и СО к кислороду уравнивается. Характерно, что с повышением температуры равновесная концентрация СО растет, а водорода падает. Атмосфера СО + С02 для безокислительного нагрева стали с большим содержанием хрома практически неприемлема, так как сродство к кислороду вплоть до температуры порядка 1500° К (рис. 147) у хрома выше, чем у углерода.

При взаимодействии некоторых газов со сталью возможно ее обезуглероживание или науглероживание. Сталь может обезуглероживаться двуокисью углерода, водородом и водяным паром. 218

При взаимодействии С02 с твердым раствором углерода в железе

или с карбидами железа идут реакции

С02 + Fev (С) 2СО + FeY;(39)

С02 + Fe3C Zl 2СО + 3FeY.(40)

На рис. 148 показана равновесная концентрация углерода в нелегированной стали при различных температурах и разном

300 500 700 900 ПРО 1300 1500 1700 1900 2100 2300 2500 °К

-50000]

50000

-250000

300 500 700 900 1100 130О 1500 1700 1900 2100 2300 25С0°К

Рис. 147. Изменение химического сродства металлов к кислороду в зависимости от температуры [120]