» » Взаимодействие лития с углеродом, серой и фосфором в сталях
11.01.2015

Вследствие высокого химического сродства к углероду литий вступает во взаимодействие с углеродом, входящим к состав сталей. Особенно интенсивно протекает такое взаимодействие при испытании углеродистых сталей. Оно обусловлено тем, что карбид лития более стоек, чем карбид железа. Достаточно стойкие химические соединения литий образует также с серой (Li2S) и фосфором (LixPy). Взаимодействие лития с углеродом, серой и фосфором в сталях исследовано в работах Н. М. Бескоровайного и др., результаты которых кратко описываются ниже.
Взаимодействие лития с углеродом в углеродистых сталях и чугунах наблюдается при температуре начиная с 400° С. В результате коррозии углеродистая сталь обезуглероживается, в поверхностном слое остается только феррит, а перлит разрушается. Взаимодействует литий и с углеродистым аустенитом (выше точки Aс1). Уменьшение содержания углерода в материалах после коррозии в литии весьма значительно. Например, коррозия при 800° С в течение 250 ч привела к снижению содержания углерода в стали У10 с 1 до 0,16%, а в чугуне — с 3,55 до 0,25%. Воздействие лития на содержащие углерод материалы сопровождается разрушением исходной структуры и появлением новых черных включений соединений лития. Такие включения появляются в углеродистой стали при испытании ниже точки Aс1 обычно в виде сетки, расположенной по границам зерен, а выше Aс1 — внутри зерен феррита. Разрушение структуры технического железа происходит по межкристаллитным зонам.
Продуктом коррозии, образующимся в структуре сталей, является, по-видимому, карбид лития.
Проникновение лития в железо и стали подтверждено специальными опытами. Глубина проникновения лития увеличивается с увеличением исходного содержания в стали углерода. Так, выдержка при 600° С в течение 3 ч в жидком литии приводит к проникновению его в структуру ст. 20 на 2 мм, а ст. 45 — на 4,5 мм. Такое же действие оказывает и повышение температуры, однако при переходе к аустенитной структуре диффузия лития несколько замедляется. Значения коэффициентов диффузии лития при температурах 600, 800 и 1000° С в техническом железе имеют соответственно порядок 10в-8, 10в-9 и 10в-9 см2/сек, а в ст. 20 —10в-7, 10в-6 и 10в-7 см2/сек. Содержание лития в поверхностном слое сталей растет с увеличением содержания углерода и достигает довольно больших величин. Например, в ст. 45 содержание лития доходило до 0,47% после испытания при 800° С в течение 3 ч.
Удельный объем продуктов коррозии, находящихся в структуре стали, больше удельного объема матрицы, поэтому образование их приводит к растрескиванию образцов. Нарушения, вносимые в структуру сталей вследствие коррозии, настолько существенны, что вызывают резкое снижение их прочности и пластичности (табл. 18).
Взаимодействие лития с углеродом, серой и фосфором в сталях

Повышение коррозионной стойкости сталей в жидком литии может быть достигнуто введением в их состав более сильных карбидообразующих элементов. К таким элементам относятся Cr, Ti, Nb, Zr и др. Так, сталь, легированная 2% Cr, обезуглероживается при температуре 950° С в течение 20 ч на глубину около 2 мм, а ст. 45 при той же температуре, но более короткой выдержке (4 ч) на 6 мм. Дальнейшее повышение содержания хрома в сталях приводит к еще большей стабилизации в них углерода. Стали с 12% Cr вообще не подвержены коррозионному разрушению, обусловленному взаимодействием лития с углеродом, входящим в их состав. То же самое относится и к аустенитным хромоникелевым сталям. Наблюдавшееся в некоторых случаях проникновение лития в поверхностный слой этих сталей является, по-видимому, вторичным эффектом, который связан с селективным растворением сильных карбидообразующих элементов и с коррозионными разрушениями в поверхностном слое.
Литий вступает во взаимодействие, как уже было указано выше, не только с углеродом, но также с фосфором и с серой, входящими в состав сталей. Установлено, что сернистое (FeS) и фосфористое (Fe3P) железо разрушается под действием жидкого лития. Испытанием в литии армко-железа и хромистых сталей (12 и 18% Cr), содержащих 0,02% S, обнаружен переход серы из этих материалов в жидкий металл при температурах 600, 800 и 1000° С. Показано также разрушение включений FeS в структуре железа, содержащего 0,25% S, в результате коррозии в литии при 800° С в течение 130 ч.