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          為什么要測試鋼鐵中氧、氮、氫含量?

          2021-05-28 16:36

            一、為什么要測試鋼鐵中氧、氮、氫含量:即氧、氮、氫對鋼鐵產品的危害或作用。

            1、氧的危害

            氧和氫一樣,都會對鋼的機械性能產生不良影響。不僅是氧的濃度,而且含氧的夾雜物的多少、類型及其分布等也有很重要的影響。這類夾雜物是指金屬氧化物、硅酸鹽、鋁酸鹽、含氧硫化物以及類似的夾雜化合物。煉鋼需要脫氧,因為凝固期間,溶液中氧和碳反應會生成一氧化碳,可以造成氣泡。另外,冷卻時氧可以作為FeO、MnO以及其他氧化夾雜物從溶液中析出,從而削弱其熱加工或冷加工性,以及延展性、韌性、疲勞強度和鋼的械加工性能。氧與氮和碳還能引起老化或者硬度在室溫下自發的增加。對于鑄鐵,當鑄塊正凝固時,氧化物與碳可以發生反應,因此造成產品的孔隙和產品的脆化。

            2、氮的危害或作用

            氮不能一概而論的歸結為有害氣體元素,因為有些特種鋼是有目的的加入氮。所有的鋼均含有氮,其存在量取決于鋼的生產方法,合金元素的種類、數量及其加入方式,鋼的澆鑄方法,以及是否有目的的加入氮。有些牌號的不銹鋼,適當增加N的含量,可以減少Cr的使用量,Cr相對很貴,此方法可以有效降低成本。鋼鐵中的氮大部分是呈金屬氮化物的形態。例如:在存放一些時間后,鋼發生應變時效,就不能被深沖加工(比如深沖加工為汽車保護板),因為鋼會出現撕裂,不能沿各個方向被均勻地拉伸。這是由于晶粒大以及Fe4N沉積在晶粒界面上造成的。

            再如:在不銹鋼中,晶粒界面上形成氮化鉻(Cr2N)會耗盡界面上含有的鉻,并引起

            所謂的粒間腐蝕現象。加入鈦,優先形成氮化鈦,就能防止這種有害的影響。

            3、氫的危害

            當鋼中氫含量大于2ppm時,氫在所謂“鱗片剝落”現象中起重要作用。在滾軋和鍛造 后的冷卻過程中出現內裂和斷裂現象時,這種剝落現象一般更加明顯,而且在大的斷面或者高碳鋼中更經常發現這種現象。由于內應力的存在,這種缺陷會造成發動機使用過程中大轉子發生崩裂。鑄鐵中氫大于2ppm時,容易出現孔隙或一般的多孔性,這種氫造成的多孔性將造成鐵的脆化。“氫脆”主要出現在馬氏體鋼中,在鐵氧體鋼中不十分突出,而在奧氏體鋼中實際上尚不清楚。另外,氫脆一般與硬度和含碳量一起增加。

            二、鋼鐵中氧氮氫的存在形式

            1、氧的存在形式

            氧是以化合態和游離態共存的,一般游離態很少,主要是以Fe2O3、Fe3O4、FeO以及金屬氧化物夾雜、硅酸鹽、鋁酸鹽、含氧硫化物以及類似的夾雜化合物的形式存在,儀器測試總氧含量,一般用T[O]表示。

            2、氮的存在形式

            鋼中一部分氮是呈金屬氮化物或者碳氮化物的形態;如今特種合金鋼中所加入的大多數元素,在適當條件下能形成氮化物。這些元素包括錳、鋁、硼、鉻、釩、鉬、鈦、鎢、鈮、鉭、鋯、硅和稀土等??紤]到許多氮化物形成元素具有幾種簡單的或者復雜的氮化物,此時鋼中可能會形成多達70多種氮化物。另一部分的氮是以氮原子的形式固溶在鋼中。極少數情況下,氮以分子形式夾雜于氣泡中或者吸附在鋼的表面。

            3、氫的存在形式

            鋼中氫是以氫原子的形式存在的,在高溫時,兩個氫原子很容易就形成一個氫分子。氫原子很活潑,自然放置狀態就會形成氫分子緩慢釋放。

            三、鋼鐵中氧氮氫的來源

            1、氧的來源

            氧在各種煉鋼爐冶煉終點時都以一定量存在鋼水中,氧是生產過程中供給的,因為煉鋼過程中首先是氧化過程,脫[P]、脫[S]、脫[Si]、脫[C]都需要向鐵水供氧。但隨著煉鋼過程的進行,盡管工藝千變萬化,可是煉鋼爐內熔池中鋼液的[C]、[O]的關系卻有共同的規律性。即隨著[C]的逐步降低, [O]卻在逐步增高,[C]和[O]有著相互對應的平衡關系。

            2、氮的來源

            氮氣在爐氣中的分壓力很高,大氣中氮的分壓力大體保持在7.8Χ10^4Pa

            ,因此鋼中的氮主要是鋼水裸露過程中吸入并溶解的。電爐煉鋼,包括二次精煉的電弧加熱,加速了氣體的解離,故[N]含量偏高;平爐冶煉時間長增加了氮含量;轉爐復吹控制不當,氮氬切換不及時也會增加氮的含量;鐵合金、廢鋼鐵和渣料中的氮也會隨爐料帶入鋼水。

            3、氫的來源

            氫氣在爐氣中的分壓力很低,大氣中氫的分壓力為0.053Pa。因此鋼中的氫主要由爐氣中的水蒸汽的分壓力來決定的。氫進入鋼液的主要途徑是:通過廢鋼表面的鐵銹(xFeO•yFe3O4•2H2O);鐵合金中的氫氣;增碳劑、脫氧劑、覆蓋劑、保溫劑、遭渣劑(Ca(OH)2)、瀝青和焦油中的水份;未烤干的鋼包、中間包、中注管;鋼錠模的噴涂料;結晶器滲水以及大氣中的水份與鋼水或爐渣作用而進入鋼中。

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