Новости и события

Что такое железная окалина – виды, свойства, способы удаления, применение, цена

виды, свойства, способы удаления, применение, цена

Смесь оксидов железа, образовывающаяся при взаимодействии кислорода с раскалённым металлом, имеет обобщённое название — железная окалина. Она состоит из Fe3O4, FeO и Fe2O3 (магнетита, вьюстита и гематита соответственно) и представлена двумя легкоотделяемыми друг от друга слоями. При их суммарной толщине до 40 нм окалина невидима невооружённому взгляду, свыше 40 и до 500 нм — выдаёт себя цветами побежалости (радужным отливом). Постоянный же окрас появляется, если слой железной окалины на металле превышает 500 нм.

 

Состав 

Наружный слой оксида железа — гематит. Он обладает большой твёрдостью (1030 ед. по шкале Виккерса), абразивностью и очень плохо растворяется в кислотах. Под ним в условиях частичной нехватки кислорода формируется более мягкий и почти нерастворимый в кислотах магнетит. Ближе всего к металлу находится рыхлый и мягкий вьюстит, который легко поддается устранению механическим путём или кислотным травлением.

 

 

Толщина каждого из трёх слоёв зависит от температуры обработки стали. Так, при превышении порога в 570 °C образуется чётко выраженная трёхслойная структура окалины. Дальнейшее повышение температуры ведёт к увеличению толщины вьюстита. Если же сталь обрабатывается при температурах ниже 570 °C, то в составе окалины преобладают магнетит и гематит.

По цвету железной окалины можно определить температуру обработки стали. Так, при температуре в 700–750 °C в составе окалины больше гематита, из-за чего она приобретает рыжевато-красный оттенок. Образовавшийся при высокотемпературном (900–1000 °C) прокате слой оксидов из-за более высокого процента вьюстита становится чёрным.

Особенности

Твёрдость окалины сочетается с её хрупкостью, из-за чего вкрапления оксида внутри структуры металла резко понижают его эксплуатационные характеристики. По этой же причине железная окалина не может быть использована в качестве защитного покрытия, хоть она и не взаимодействует с кислородом. Более того, в месте скола оксидов наблюдается усиленное окисление стали, что происходит из-за разности потенциалов окалины и стали. По этой причине её удаляют с готового проката.

Удаление окалины

Слой оксидов железа с прокатной стали удаляют со стальной заготовки несколькими способами.

Это очистка:

  • механическая;
  • химическая;
  • электрохимическая.

Возможно также сочетание вариантов.

Механическое воздействие на прокат сводится к пропуску проволоки или листа с окалиной через ряд роликов. При этом достигается частое изгибание заготовки, под воздействием которого железная окалина рассыпается на отдельные чешуйки и осыпается с металла. Для финишной очистки могут быть использованы абразивы, наждачные ленты, щётки из проволоки.

Достоинством этой технологии является сравнительная дешевизна и экологичность. Но поскольку отказ от смазки при такой обработке нецелесообразен, это приводит к замасливанию железной окалины, что затрудняет дальнейшую её переработку.

Химический и электрохимический способы очистки стали называют травлением. Для этих целей используются серная и соляная кислоты, реже — фосфорная, азотная, плавиковая или их смесь. Главными недостатками такого способа является одноразовое использование травильных растворов (не восстанавливаются) и низкий спрос на побочный продукт преобразования окалины — железный купорос. По этой причине травление применяется довольно редко, и ему обычно предшествует механическая очистка проката от окалины.

 

 

Применение окалины

Опытными кузнецами давно было примечено повышение сопротивляемости металла коррозии при формировании на нём тонкого слоя окалины. Сейчас же воронение оружейной стали используется лишь в качестве декоративной отделки. Её цвет зависит от способа обработки (кислота, щёлочь, температура) и толщины оксидной плёнки, составляющей от 1 до 10 мкм.

Прокатная окалина, удельный вес которой достигает 3% от общего веса готовых изделий, является ценным сырьём для металлургического производства за счёт высокого содержания (до 75%) в ней железа. Основное направление её переработки — очистка от примесей и восстановление, после которого она превращается в низкоуглеродистую сталь.

Некоторые составы окалины успешно применяются в качестве красящих пигментов и активно используются в строительстве. Также из окалины производится железный порошок, применяемый в металлургии, при изготовлении самонагревающихся смесей и даже в пищевой промышленности.

Химический состав этого отхода металлургической промышленности стандартизирован. Её стоимость может колебаться в зависимости от преобладания определённых видов окислов и количества примесей. Усреднённая цена на начало 2019 года составляла 50 американских долларов за тонну железной окалины.

Оцените статью:

Рейтинг: 0/5 — 0 голосов

prompriem.ru

Окалина — это… Что такое Окалина?

Искры, летящие от стали при шлифовке, состоят из железной окалины

Окалина — это смесь оксидов, образующихся прямым действием кислорода при накаливании на воздухе металлов. Обычно термин применяется к оксидам не всех металлов, а только железа и меди.

Железная окалина представляет собой смесь оксидов Fe3O4, FeO и Fe2O3, и состоит из двух слоев, легко отделяемых друг от друга. Внутренний слой пористый, черно-серого цвета, наружный плотный и с красноватым оттенком, оба слоя хрупки и обладают ферромагнитными свойствами. Состав железной окалины непостоянен и зависит от условий получения: при продолжительном накаливании на воздухе она постепенно переходит в Fe2O3, а последняя в белокалильном жару теряет часть кислорода, переходя в FeO. Обычно железная окалина состоит из 64-73% FeO и 36-27% Fe

2O3, наружный слой содержит больше Fe2O3 — от 32 до 37%, а самый внешний слой даже до 53%. На поверхности легированных сталей образуются сложные оксиды (NiO·Fe2O3, FeO·Cr2О3 и др.). При толщине до 40 нм слой окалины прозрачный, при толщине от 40 до 500 нм — окрашен в тот или иной цвет побежалости, при толщине свыше 500 нм окалина имеет постоянную окраску, зависящую от химического состава.

Медная окалина, представляющая собой хрупкую, черно-серого цвета массу, состоит из оксидов меди Cu2O (около 75 %) CuO (около 25 %). Так же как у железной окалины, состав её непостоянен и может колебаться в зависимость от температуры и избытка кислорода при получении. Во внутренних слоях преобладает Cu

2O, в наружных — CuO. При красном калении и при достаточном количестве кислорода Cu2O окисляется до CuO, поэтому в этих условиях медная окалина будет состоять главным образом из CuO, а при температурах выше 1100 °С, вследствие разложения CuO на Cu2O и кислород, в медной окалине будет преобладать Cu2O.

Применение

  • Окалина содержит до 75 % металла и является ценным сырьём в металлургическом производстве.
  • Медная окалина используется при очистке медных сплавов от алюминия.
  • Преднамеренное покрытие стальных и чугунных изделий тонким слоем (1-10 мкм) железной окалины — воронение — применяется в декоративных целях.

Цена

На больших металлургических предприятиях железная окалина является многотоннажным побочным продуктом. Содержит до 75% железа. Её состав стандартизован (например «Окалина прокатного производства ГОСТ 27А 2787-75») и продаётся по цене ~50 $/т [1]

См. также

Литература

Ссылки

dic.academic.ru

Окалина — Википедия (с комментариями)

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Окалина

 — это смесь оксидов, образующихся прямым действием кислорода при накаливании на воздухе металлов. Обычно термин применяется к оксидам не всех металлов, а только железа и меди.

Железная окалина представляет собой смесь оксидов Fe3O4, FeO и Fe2O3, и состоит из двух слоев, легко отделяемых друг от друга. Внутренний слой пористый, черно-серого цвета, наружный плотный и с красноватым оттенком, оба слоя хрупки и обладают ферромагнитными свойствами. Состав железной окалины непостоянен и зависит от условий получения: при продолжительном накаливании на воздухе она постепенно переходит в Fe2O3, а последняя в белокалильном жару теряет часть кислорода, переходя в FeO. Обычно железная окалина состоит из 64—73 % FeO и 36—27 % Fe

2O3, наружный слой содержит больше Fe2O3 — от 32 до 37 %, а самый внешний слой даже до 53 %. На поверхности легированных сталей образуются сложные оксиды (NiO·Fe2O3, FeO·Cr2О3 и др.). При толщине до 40 нм слой окалины прозрачный, при толщине от 40 до 500 нм — окрашен в тот или иной цвет побежалости, при толщине свыше 500 нм окалина имеет постоянную окраску, зависящую от химического состава.

Медная окалина, представляющая собой хрупкую, черно-серого цвета массу, состоит из оксидов меди Cu2O (около 75 %) CuO (около 25 %). Так же как у железной окалины, состав её непостоянен и может колебаться в зависимости от температуры и избытка кислорода при получении. Во внутренних слоях преобладает Cu

2O, в наружных — CuO. При красном калении и при достаточном количестве кислорода Cu2O окисляется до CuO, поэтому в этих условиях медная окалина будет состоять главным образом из CuO, а при температурах выше 1100 °С, вследствие разложения CuO на Cu2O и кислород, в медной окалине будет преобладать Cu2O.

Применение

  • Окалина содержит до 75 % металла и является ценным сырьём в металлургическом производстве.
  • Медная окалина используется при очистке медных сплавов от алюминия.
  • Преднамеренное покрытие стальных и чугунных изделий тонким слоем (1—10 мкм) железной окалины — воронение — применяется в декоративных целях.

Цена

На больших металлургических предприятиях железная окалина является многотоннажным побочным продуктом. Содержит до 75 % железа. Её состав стандартизован (например «Окалина прокатного производства ГОСТ 27А 2787-75[1]») и продаётся по цене ~50 $/т[2].

См. также

Напишите отзыв о статье «Окалина»

Литература

Ссылки

  1. [www.metalgost.ru/ГОСТ/ГОСТ_2787-75/265/ ГОСТ 27А 2787-75].
  2. [promportal.su/258334.htm Промышленный портал: производство, строительство, оборудование.]

Отрывок, характеризующий Окалина

Князь Василий опустил голову и развел руками.
В эту минуту дверь, та страшная дверь, на которую так долго смотрел Пьер и которая так тихо отворялась, быстро, с шумом откинулась, стукнув об стену, и средняя княжна выбежала оттуда и всплеснула руками.
– Что вы делаете! – отчаянно проговорила она. – II s’en va et vous me laissez seule. [Он умирает, а вы меня оставляете одну.]
Старшая княжна выронила портфель. Анна Михайловна быстро нагнулась и, подхватив спорную вещь, побежала в спальню. Старшая княжна и князь Василий, опомнившись, пошли за ней. Через несколько минут первая вышла оттуда старшая княжна с бледным и сухим лицом и прикушенною нижнею губой. При виде Пьера лицо ее выразило неудержимую злобу.
– Да, радуйтесь теперь, – сказала она, – вы этого ждали.
И, зарыдав, она закрыла лицо платком и выбежала из комнаты.
За княжной вышел князь Василий. Он, шатаясь, дошел до дивана, на котором сидел Пьер, и упал на него, закрыв глаза рукой. Пьер заметил, что он был бледен и что нижняя челюсть его прыгала и тряслась, как в лихорадочной дрожи.
– Ах, мой друг! – сказал он, взяв Пьера за локоть; и в голосе его была искренность и слабость, которых Пьер никогда прежде не замечал в нем. – Сколько мы грешим, сколько мы обманываем, и всё для чего? Мне шестой десяток, мой друг… Ведь мне… Всё кончится смертью, всё. Смерть ужасна. – Он заплакал.
Анна Михайловна вышла последняя. Она подошла к Пьеру тихими, медленными шагами.
– Пьер!… – сказала она.
Пьер вопросительно смотрел на нее. Она поцеловала в лоб молодого человека, увлажая его слезами. Она помолчала.
– II n’est plus… [Его не стало…]
Пьер смотрел на нее через очки.
– Allons, je vous reconduirai. Tachez de pleurer. Rien ne soulage, comme les larmes. [Пойдемте, я вас провожу. Старайтесь плакать: ничто так не облегчает, как слезы.]
Она провела его в темную гостиную и Пьер рад был, что никто там не видел его лица. Анна Михайловна ушла от него, и когда она вернулась, он, подложив под голову руку, спал крепким сном.
На другое утро Анна Михайловна говорила Пьеру:
– Oui, mon cher, c’est une grande perte pour nous tous. Je ne parle pas de vous. Mais Dieu vous soutndra, vous etes jeune et vous voila a la tete d’une immense fortune, je l’espere. Le testament n’a pas ete encore ouvert. Je vous connais assez pour savoir que cela ne vous tourienera pas la tete, mais cela vous impose des devoirs, et il faut etre homme. [Да, мой друг, это великая потеря для всех нас, не говоря о вас. Но Бог вас поддержит, вы молоды, и вот вы теперь, надеюсь, обладатель огромного богатства. Завещание еще не вскрыто. Я довольно вас знаю и уверена, что это не вскружит вам голову; но это налагает на вас обязанности; и надо быть мужчиной.]
Пьер молчал.
– Peut etre plus tard je vous dirai, mon cher, que si je n’avais pas ete la, Dieu sait ce qui serait arrive. Vous savez, mon oncle avant hier encore me promettait de ne pas oublier Boris. Mais il n’a pas eu le temps. J’espere, mon cher ami, que vous remplirez le desir de votre pere. [После я, может быть, расскажу вам, что если б я не была там, то Бог знает, что бы случилось. Вы знаете, что дядюшка третьего дня обещал мне не забыть Бориса, но не успел. Надеюсь, мой друг, вы исполните желание отца.]

wiki-org.ru

Железная окалина Википедия

Искры, летящие от стали при шлифовке, состоят из железной окалины

Ока́лина — это смесь оксидов, образующихся прямым действием кислорода при накаливании на воздухе металлов. Обычно термин применяется к окислам не всех металлов, а только железа и меди.

Железная окалина представляет собой смесь оксидов Fe3O4, FeO и Fe2O3, и состоит из двух слоев, легко отделяемых друг от друга. Внутренний слой пористый, черно-серого цвета, наружный плотный и с красноватым оттенком, оба слоя хрупки и обладают ферромагнитными свойствами. Состав железной окалины непостоянен и зависит от условий получения: при продолжительном накаливании на воздухе она постепенно переходит в Fe2O3, а последняя в белокалильном жару теряет часть кислорода, переходя в FeO. Обычно железная окалина состоит из 64—73 % FeO и 36—27 % Fe2O3, наружный слой содержит больше Fe2O3 — от 32 до 37 %, а самый внешний слой — даже до 53 %. На поверхности легированных сталей образуются сложные оксиды (NiO·Fe2O3, FeO·Cr2О3 и др.). При толщине до 40 нм слой окалины прозрачный, при толщине от 40 до 500 нм — окрашен в тот или иной цвет побежалости, при толщине свыше 500 нм окалина имеет постоянную окраску, зависящую от химического состава.

Медная окалина, представляющая собой хрупкую, чёрно-серого цвета массу, состоит из окислов меди Cu2O (около 75 %) CuO (около 25 %). Так же, как у железной окалины, состав её непостоянен и может колебаться в зависимости от температуры и избытка кислорода при получении. Во внутренних слоях преобладает Cu2O, в наружных — CuO. При красном калении и при достаточном количестве кислорода Cu2O окисляется до CuO, поэтому в этих условиях медная окалина будет состоять главным образом из CuO, а при температурах выше 1100 °С, вследствие разложения CuO на Cu2O и кислород, в медной окалине будет преобладать Cu2O.

Применение

  • Окалина содержит до 75 % металла и является ценным сырьём в металлургическом производстве.
  • Медная окалина используется при очистке медных сплавов от алюминия.
  • Преднамеренное покрытие стальных и чугунных изделий тонким слоем (1—10 мкм) железной окалины — воронение — применяется в декоративных целях.

Цена

На больших металлургических предприятиях железная окалина является многотоннажным побочным продуктом. Содержит до 75 % железа. Её состав стандартизован (например, «Окалина прокатного производства ГОСТ 27А 2787-75[1]») и продаётся по цене ~50 $/т[2].

См. также

Литература

Ссылки

wikiredia.ru

Окалина что это? Значение слова Окалина

Значение слова Окалина по Ефремовой:

Окалина — Окисел на поверхности раскаленного или остывшего после нагревания металла.

Значение слова Окалина по Ожегову:

Окалина — Продукт окисления, образующийся на поверхности стали и некоторых других сплавов

Окалина в Энциклопедическом словаре:

Окалина — продукт окисления, образующийся при повышенной температуре наповерхности стали и некоторых других сплавов при взаимодействии со средой,содержащей кислород.

Значение слова Окалина по словарю Ушакова:

ОКАЛИНА
окалины, мн. нет, ж. (хим., тех.). Окисел, образующийся на поверхности раскаленного металла при ковке или прокатке. Железная окалина. Очистить железо от окалины.

Значение слова Окалина по словарю Брокгауза и Ефрона:

Окалина (нем. Hammerschlag). — O. можно назвать, вообще всякий металлический окисел, образующийся прямым действием кислорода при накаливании металла на воздухе. но преимущественно этим названием обозначают окисел или, вернее, смесь окислов, образующихся в виде плавкой или спекающейся в жару и легко от удара или при быстром охлаждении отстающей корки при накаливании на воздухе железа и меди. Железная О. представляет смесь магнитной окиси железа Fe 3O4 с закисью железа FeO, а отчасти и окисью Fe 2O3 и состоит из двух слоев, легко отделяемых друг от друга. Из этих слоев внутренний порист и черно-серого цвета, наружный плотен и с красноватым оттенком. оба хрупки и обладают магнитными свойствами. По Бертье, железная О. имеет состав Fe 6O7 = 4FeO.Fe2O3 (64,3% FeO и 35,7% Fe 2O3). по Мозандеру, состав внутреннего слоя выражается формулой Fe 8O9 = 6FeO.Fe2O3, т. е. содержит 73% FeO и 27% Fe 2O3. наружный слой богаче окисью и содержит ее от 32 до 37%, а самый внешний слой даже до 53%. Вообще состав ее непостоянен и зависит от условий получения. При продолжительном накаливании на воздухе она, например, постепенно переходит в окись Fe 2O3, а с другой стороны последняя в белокалильном жару теряет часть кислорода, переходя в Fe3O4. Удельный вес железной О. = 5,48 (Boullay). Ср. также в ст. Железо. Медная О. представляет хрупкую, черно-серого цвета массу и, подобно железной, тоже неоднородна и изменчива по составу, в зависимости от температуры и избытка воздуха при ее получении. О. с меднопрокатных заводов обыкновенно содержит около 75% закиси Cu 2 O и 25% окиси меди CuO, причем первая преобладает во внутренних слоях, а последняя в наружных. Так как при красном калении и при достаточном количестве кислорода закись меди легко переходит в окись, то в этих условиях медная О. будет состоять главным образом из окиси, напротив, при высших температурах, вследствие диссоциации CuO на Cu 2 O и кислород (Debray et Joannis), в О. будет преобладать закись (ср. Медь). П. П. Рубцов. &#916. .

Определение слова «Окалина» по БСЭ:

Окалина — продукт окисления поверхности металла при взаимодействии с внешней средой. Обычно О. называют продукт окисления лишь железа и его сплавов. В широком смысле слова О. можно считать образующиеся на поверхности любого металла химического соединения его не только с кислородом, но и с др. окислителями, например серой, азотом и т.д. (см. Окисление металлов). Тонкие слои О., часто называемые окисными плёнками, прозрачны (при толщине до 40 нм) или окрашены в тот или иной цвет побежалости (при изменении толщины от 40 до 500 нм). При толщине свыше 500 нм О. имеет постоянную окраску, зависящую от химического состава (см. также Оксидирование).



xn—-7sbbh7akdldfh0ai3n.xn--p1ai

Виды и типы железной окалины

Железная окалина представляет собой продукт окисления металла. Образование железной окалины связанно с процессами термической обработки или обработки металла давлением при высоких температурах..

На поверхности стального проката всегда присутствует окисный слой.  Состав и структура окисных соединений будет зависеть от марки стали, состава окружающей среды, температуры, режима термообработки, наличия и количества окислителей, например кислорода и ряда других факторов.

В сухой воздушной среде при низких температурах возникают очень тонкие окисные пленки, которые невозможно увидеть даже при увеличении поверхности металла под микроскопом. При увеличении температуры толщина окисного слоя увеличивается, и получаются хорошо различимые окисные слои.

При производстве проката поверхность металла часто подвергается высокотемпературному воздействию в присутствии кислорода воздуха, что приводит к образованию толстого многослойного окисного слоя, называемого окалиной.

При окислении образуются разные оксиды железа, такие как  FeO (вюстит), Fe3O4 (магнетит), Fe2O3 (гематит). Гематит и магнетит являются весьма плотными структурами и прочно соединены друг с другом через промежуточную структуру -Fe2O3. Слой вюстита является относительно пористым, его соединения как с металлом, так и с магнетитом непрочны. Диффузионная проницаемость магнетита и гематита по сравнению с вюститом незначительна. Все это предопределяется их лучшее защитное действие против окисления. Структура оксидной пленки зависит от температуры и от состава оксидирующей атмосферы. В кислородсодержащей атмосфере при температуре выше 570оС оксидная пленка состоит из трех слоев. Наружный слой  – Fe2O3 прочно связан со средним, имеющим состав и кристаллическую структуру магнетита. Внутренний слой – вюстит, характеризуется повышенной рыхлостью и пористостью. Контакт внутреннего и среднего слоев непрочный. Поэтому, оксидная пленка легко отслаивается и имеет малое электросопротивление. При температуре ниже 570оС закисная фаза становится неустойчивой и распадается по реакции:

4FeO=Fe3O4+Fe.

Поэтому, в данном случае оксидная пленка, практически состоит из магнетита и гематита.

Восстановление полученной оксидной пленки происходит по реакциям:

Fe3O4+4H2=3Fe+4H2O;     Fe2O3+3H2=2Fe+3H2O.

Восстановленный слой состоит из практически чистого железа.

 

Зависимость скорости превращения окислов от температуры представлена на рисунке 1.

 

Рисунок 1- Зависимость скорости превращения окислов от температуры

Строение окалины на поверхности проката в основном соответствует правилу последовательности превращений. Сначала к металлу примыкает вюстит, затем магнетит, и затем внешний слой — гематит. Вюстит легко растворим в минеральных кислотах, в отличие от магнетита и гематита. Магнетит в меньшей степени растворяется в кислотах. Гематит же считается нерастворимым соединением.

Трехслойное образование железной окалины получается только при температуре свыше 570оС и при высоком содержании кислорода, а также при быстром охлаждении. В других условиях образуется двухслойная или однослойная железная окалина. Если окисление железа проходит при температуре меньше 570оС, то слой вюстита образуется в виде очень тонкой пленки под слоем окалины, которая состоит из магнетита и гематита. Чем ниже температура, тем тоньше слой вюстита. Если процесс окисления происходит при температуре 700оС, то толщина слоя вюстита будет 100 мкм, слоя магнетита 10 мкм, а гематита — 1 мкм. Если окалина образуется при низком содержании кислорода  и высоком содержании водяного пара или окислов углерода, особенно при температуре свыше 1000оС, то в составе окалины не обнаруживают гематита, так как он восстанавливается.

Окалина железа, образующаяся на поверхности проката представляет собой смесь различных фаз, причем состав окалины и ее структура будут определяться режимом тепловой обработки металла. Обычно образуется трехслойная окалина железа, при этом доля каждого окисного соединения в окалине будет зависеть от температуры окисления. При температуре 700-900оС окалина железа состоит из 10% магнетита и 90% вюстита, а при увеличении температуры свыше 900оС и при появлении избытка кислорода вместо вюстита начинает возникать слой гематита.

Структура железной окалины, получающейся в промышленных условиях всегда более сложная. Это связанно с влиянием различных легирующих элементов, находящихся в стали, неравномерностью состава стали и особенностями производства металла.

Например, условия, определяющие образование прокатной окалины на горячекатаном прокате, зависят также и от режима работы стана горячей прокатки. Перед чистовой группой клетей окалина удаляется водой. Но, при прохождении металла через чистовую группу клетей, и в процессе охлаждения металла, прокатная окалина образуется вновь. И, в зависимости от условий прохождения металла, существует несколько различных типов окалины на горячекатаном металле. 

Рекомендуем ознакомиться со статьями:
  1. Окалина железа на горячекатаной полосе металла
  2. Влияние температуры и условий охлаждения на формирование железной окалины
  3. Немного об окалине
  4. Дефект металла «Раковины от окалины»
  5. Травление металла

metallopraktik.ru

Железная окалина. Химические свойства. Удаление окалины.

В силу ряда особенностей горячей прокатки и последующего охлаждения горячекатаных полос  их поверхность покрыта окалиной неодинаковой толщины и различного фазового состава. В результате взаимодействия железа с кислородом среды, в которой оно находится при сравнительно высоких температурах, образуются три устойчивых окисла: вюстит (FeO), магнетит  (Fe3O4) и гематит (Fe2O3). Слои, составляющие окалину, располагаются таким образом, что непосредственно к металлу примыкает слой окисла с наименьшим содержанием кислорода FeO, далее следует средний слой промежуточного состава  Fe3O4, наружный слой окалины состоит из высшего окисла  Fe2O3. Соотношение толщин слоев и одновременное существование всех трех окислов зависят от условий окисления поверхности железа.

Важная характеристика окалины – ее сплошность (пористость). Трещины  и поры возникают в слое окалины в период охлаждения металла в результате преобразований структуры. При образовании окалины, состоящей из вюстита, приращение объема составляет 1,76 , а из магнетита и гематита соответственно 2,1 и 2,4. Чем выше температура окисления, тем больше образуется различных окислов, обладающих разной пластичностью. Превращение их приводит к возникновению внутренних напряжений, вызывающих образование  трещин и пор. При травлении в соляной кислоте быстрее всего растворяется закись железа (вюстит), образующий наиболее пористый слой. Однако вюстит обычно содержится только в слое окалины, прилегающем к металлу. Наружный слой состоит из магнетита и гематита, которые растворяются незначительно. Наличие пор и трещин в окалине ускоряет травление. Раствор кислоты проникает через эти несплошности к поверхности металла и слою вюстита. Наряду с растворением вюстита происходит взаимодействие ионов водорода кислоты с металлическим железом. По мере растворения слоя вюстита уменьшается прочность сцепления окалины с основным металлом. Выделяющийся водород восстанавливает высшие окислы железа до закиси. Процесс растворения окалины, не  содержащей вюстита, протекает медленнее и связан с повышенными потерями металла.

Опыт работы травильных линий показывает, что продолжительность травления окалины в значительной степени связана  с  температурой смотки, которая влияет на толщину и структуру окалины. Обычно сокращение продолжительности травления с уменьшением температуры смотки связывают со снижением  степени превращения вюстита (FeO) в магнетит (Fe3O4), а также с уменьшением опасности появления гематита (Fe2O3) по кромкам полосы. При этом предполагается, что удаление окалины происходит путем растворения вюститной фазы вдоль  границы раздела сталь-окалина и подвода кислоты к границе металла. При взаимодействии кислоты с железом образуется водород, который способствует отслоению окалины. При высокой температуре смотки на границе раздела фаз окалина-сталь вюстит отсутствует, т.е. основным механизмом удаления окалины является на отслоение гематита и магнетита, а их растворение.

С целью выяснения механизма влияния температуры смотки на продолжительность травления изучали фазовый состав окалины. Образцы железной окалины были отобраны от головной, средней и хвостовой частей полос, температура смотки которых составляла 580-600, 640-680 и 700-730 0С. Изучение окалины проводили комплексными методами. На начальных этапах использовали химические методы селективного изолирования фаз. Общий состав оксидных фаз изолировали методом галогенирования в атмосфере сухого газообразного хлора при температуре 3500С. После удаления хлора путем вымораживания смесь оксидов и хлоридов нагревали до температуры возгонки. После возгонки FeCl2 оксидные фазы переводили в раствор путем сплавления с персульфатом калия и количественный анализ по составляющим элементам вели химическим и атомно-абсорбционными методами на спектрофотометре.

Таблица 1 – Фазовый состав железной окалины при различной температуре смотки полос

Температура смотки, 0С

Фазовые составляющие *,  %

SiO2

Al2O3

Fe3O4

FeO

Fe2O3

Fe (метал.)

580-600

1,29

2,31

1,51

0,69

0,71

0,93

52,62

47,13

52,65

0,73

1,23

45,40

49,12

43,63

640-680

1,56

2,49

1,83

1,31

1,14

1,17

63,96

53,04

53,53

7,21

11,36

33,17

36,12

32,11

700-730

2,30

1,85

1,60

1,02

1,02

1,00

61,88

47,17

33,05

8,26

43,14

45,95

10,58

8,31

16,07

17,31

18,40

* —  Верхнее, среднее и нижнее значения содержания фаз в каждом диапазоне температур соответствуют головной, средней и хвостовой частям полосы при горячей прокатке

Результаты исследований показывают, что количество оксидов кремния, алюминия и магния существенно не изменяются в окалине, полученной при различных температурах смотки.

Дополнительно для определения оксидных фаз железа в окалине использовали метод ядерной гамма-резонансной спектроскопии (ЯГР). Спектры снимали с образцов окалины без дополнительных физико-химических обработок. Было установлено, что характер кривых спектров, снятых с образцов окалины, полученной при низкой и высокой  температурах смотки, в основном аналогичен. Основной фазой в окалине на металле головной части полосы при низкой температуре смотки является гематит. При высокой температуре смотки в окалине головной части полосы также основной фазой является гематит с небольшой примесью вюстита и гематита (последний, очевидно, появляется за счет дополнительного окалинообразования при охлаждении рулонов с повышенной температурой). Окалина средней части полосы при низкой температуре смотки характеризуется преимущественно магнетитной фазой. Для хвостовых частей полос при низкой и высокой температурах смотки соотношение фаз магнетита и вюстита в окалине колеблется от 1:1 до 1:0,7. Общее количество оксидных фаз в окалине при увеличении температуры смотки с 580-620 до 700-7300С возрастает в среднем в 1,5 раза. Наибольшее количество железа в окалине (43-49%) приходится на полосу с температурой смотки 580-6200С. С увеличением температуры смотки до 700-7300С количество металлического железа в окалине снижается до 16-18%. Количественное соотношение оксидных фаз и металлического железа в окалине, взятой с краев полосы при низкой и высокой температурах смотки, такое же, что и в средней части полосы.

Основной фазой в металлической окалине стали 08Ю может быть не только магнетит, но и вюстит, как при низкой так и при высокой температуре смотки. Гематит в окалине присутствует лишь при высокой температуре смотки. С понижением температуры  смотки общее количество труднорастворимых оксидов (гематита и магнетита) изменяется незначительно, а количество легкорастворимой закиси железа (вюстит) уменьшается. Следовательно, изменение содержания оксидных фаз и их соотношения не могут объяснить увеличение скорости травления металла с понижением температуры смотки. Фактором, объясняющим повышение интенсивности травления металла, является содержание металлического железа, которое увеличивается обратно пропорционально температуре смотки полосы.

Некоторые дефекты металла, связанные с окалиной (фото, описание и как бороться):

Плюс к этому Краткий отчет исследования выкатываемости окалины (Трансформация дефекта «Окалина»)

А также важно понимать для чего необходим ингибитор травления.

В завершение короткое прикольное видео Непрерывно-травильный агрегат для удаления окалины:

Рекомендуем ознакомиться со статьями:
  1. Окалина железа на горячекатаной полосе металла
  2. Механизм образования железной окалины на поверхности стали
  3. Травление металла
  4. Влияние температуры и условий охлаждения на формирование железной окалины
  5. Окалина, дефекты травления металла и зачем нужен ингибитор

metallopraktik.ru

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *