Kinetics of nitrogen dissolution in arc-melted steels

• Autorzy: Gruszczyk A.

Warianty tytułu

PL

Kinetyka rozpuszczania azotu w topionych łukowo stalach

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The work refers to nitrogen absorption by the iron based liquid alloys. The industrial heats of the Fe-C-Mn (SpGl) type welding filler metals were selected for own research. The research of the nitrogen absorption kinetics was carried out in the TIG arc-melting conditions in the Ar+N2 atmosphere. The thermodynamic and kinetic conditions of experiments were made possibly close to those existing in a molten metal drop in the arc welding processes. The nitrogen absorption process was analysed against a background of other metallurgical reactions occurring in the melted filler metals. It was demonstrated that the nitrogen absorption conditions by the arc-melted Fe-C-Mn type filler metals differ from mechanisms proposed for the pure Fe and solutions in the Fe-O system. Nitrogen absorption by the arc-melted Fe-C-Mn filler metals may be described by the first order kinetic expression. This indicates that nitrogen transfer in the liquid phase is the rate limiting step of its absorption. Separation is required in the arc-melting mathematical model of the liquid metal total surface into the electric arc affected zone and the one in contact with the cooler shielding gas. Temporal courses of nitrogen content, mass transfer coefficients , and nitrogen absorption rates were determined basing on the above mentioned model. It was demonstrated that deoxidation with carbon taking place at high temperatures features the limiting factor of the nitrogen absorption by the arc-melted Fe-C-Mn filler metals. Nitrogen absorption rate decreases along with the increase of oxygen content in the arc-melted Fe-C-Mn filler metals in the Ar+N2 atmosphere. Moreover, results obtained indicate that phenomena connected with nitrogen transport in the liquid metal result also in the increase of the nitrogen absorption intensity during arc-melting – apart from nitrogen activation processes in electric arc, stressed often in the literature.

PL

Praca dotyczy absorpcji azotu przez ciekłe stopy na osnowie żelaza. Do badań własnych wybrano przemysłowe wytopy spoiw spawalniczych typu Fe-C-Mn (SpG1). Badania kinetyki absorpcji azotu przeprowadzono w warunkach topienia łukowego metodą TIG w atmosferze Ar+N2. Warunki termodynamiczne i kinetyczne prowadzenia eksperymentów starano sie zbliżyć do istniejących w kropli ciekłego metalu łukowych procesów spawania. Proces absorpcji azotu analizowano na tle innych reakcji metalurgicznych zachodzących w topionych spoiwach. Wykazano, że warunki absorpcji azotu przez topione łukowo spoiwa Fe-C-Mn odbiegają od mechanizmów proponowanych dla czystego Fe i roztworów w układzie Fe-O. Absorpcję azotu przez topione łukowo spoiwa Fe-C-Mn opisać można wyrażeniem kinetycznym I rzedu. Wskazuje to, że ogniwem limitującym przebieg absorpcji jest transport azotu w fazie ciekłej. W modelu matematycznym absorpcji azotu w czasie topienia łukowego całkowitą powierzchnię kropli rozdzielono na obszar oddziaływania łuku elektrycznego i obszar kontaktujący się z chłodniejszym gazem osłonowym. W oparciu o wymieniony model wyznaczono czasowe przebiegi zawartości azotu, współczynniki transportu masy Β i szybkości absorpcji azotu. Wykazano, że czynnikiem ograniczającym absorpcję azotu przez topione łukowo spoiwa Fe-C-Mn jest zachodząca w wysokich temperaturach reakcja odtleniania węglem. Ze wzrostem zawartości tlenu w stopach Fe-C-Mn, topionych łukowo w atmosferze Ar+N2, obniża się szybkość absorpcji azotu. Uzyskane wyniki wskazują ponadto, że na zwiększenie intensywności absorpcji azotu przy topieniu łukowym wpływają, obok czesto podkreślanych w literaturze procesów aktywowania azotu w łuku elektrycznym, zjawiska związane z transportem azotu w fazie ciekłej.

Słowa kluczowe

EN

nitrogen absorption; arc welding process

PL

absorpcja azotu; spawanie łukowe

• Wydawca: Institute of Metallurgy and Materials Science of Polish Academy of Sciences ; Committee of Materials Engineering and Metallurgy of Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Metallurgy and Materials
• Rocznik: 2006
• Tom: Vol. 51, iss. 2
• Strony: 269--275
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Gruszczyk A.

• Department of Welding, Faculty of Mechanical Engineering, Silesian University of Technology, 44-100 Gliwice, Konarskiego 18 Str.

Bibliografia

• [1] P. J. Depuyd, N. A. D. Parlee, Met. Trans. B 3, 525-532 (1972).
• [2] R. D. Pehlke, Kinetics and thermodynamics of interaction between liquid metals and gases, Moscow, 40-49 (1974).
• [3] R. J. Fruehan, L. J Martonik, Met. Trans. B 11, 615-621 (1980).
• [4] R. J. Fruehan, L. J Martonik, Met. Trans. B 12, 379-384(1981).
• [5] Y. K. Rao, H. G. Lee, Ironmaking and Steelmaking 12, 209-232 (1985).
• [6] H. Ono, K. Morita, N. Sano, Met. and Mat. Trans.B 26, 999-995 (1995).
• [7] H. Ono, H. Fukagawa, K. Morita, N. Sano, Met. and Mat. Trans. B 27, 848-853 (1996).
• [8] N. Hirashima, R. T C. Choo, I. M. Toguri, K. Mukai, Met. Trans. B 26, 971-980 (1995).
• [9] C. J. Allum, Nitrogen Absorption from Welding Arc, MIS Doc.H-A-799-90, (1990).
• [10] J. D. Katz, T. B King, Met. Trans. B 20, 175-185 (1989).
• [11] K. Mundra, T DebRoy, Met. and Mat. Trans. B 26, 149-157 (1995).
• [12] D. G. Howden, D. R. Milner, British Welding Journal 10, 304-316 (1963).
• [13] M. Uda, S. Ohno, Trans, of NIRIM15, 20-28 (1973).
• [14] J. W. Hooijmans, Gden Ouden, Welding Journal 71, 337-380 (1992).
• [15] G. M. Grigorenko, J. M. Po marin, Hydrogen and Nitrogen in Metals under Plasma Melting, Kiev, Naukova Dumka, 200 (1989).
• [16] J. Wegrzyn, R. L. Apps, British Welding Journal 15, 532-540 (1968).
• [17] S. Ban-Ya, F. Ishi, Y Iguhi, T. Nagasaka, Met. Trans. B 19, 233-242 (1988).
• [18] M. F Sidorenko, Theory and Technology of Steel Arc Melting, Moscow, Metallurgya, 270 (1985).
• [19] A. Gruszczyk, The Absorption of Nitrogen by Arc Melted Fe-C-Mn Filier Metals, Gliwice, Silesian Technical University Publishing, 103 (1999).
• [20] S. K. Choi, C. D. Yoo, Y S. Kim, Welding Journal 77, 38-43 (1998).
• [21] S. K. Choi, S. H. Ko, C. D. Yoo, Y S. Kim, Welding Journal 77, 45-51 (1998).