為什么要測(cè)試鋼鐵中氧,、氮、氫含量,？

一,、為什么要測(cè)試鋼鐵中氧、氮,、氫含量：即氧,、氮、氫對(duì)鋼鐵產(chǎn)品的危害或作用,。

1,、氧的危害

氧和氫一樣，都會(huì)對(duì)鋼的機(jī)械性能產(chǎn)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?yàn)槟唐陂g,，溶液中氧和碳反應(yīng)會(huì)生成一氧化碳,，可以造成氣泡,。另外，冷卻時(shí)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(qiáng)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(fā)的增加,。對(duì)于鑄鐵,，當(dāng)鑄塊正凝固時(shí)，氧化物與碳可以發(fā)生反應(yīng),，因此造成產(chǎn)品的孔隙和產(chǎn)品的脆化,。

2、氮的危害或作用

氮不能一概而論的歸結(jié)為有害氣體元素,，因?yàn)橛行┨胤N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(chǎn)方法,，合金元素的種類,、數(shù)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(hào)的不銹鋼，適當(dāng)增加N的含量,，可以減少Cr的使用量,，Cr相對(duì)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(tài),。例如：在存放一些時(shí)間后，鋼發(fā)生應(yīng)變時(shí)效,，就不能被深沖加工（比如深沖加工為汽車保護(hù)板）,，因?yàn)殇摃?huì)出現(xiàn)撕裂，不能沿各個(gè)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(huì)耗盡界面上含有的鉻,，并引起

所謂的粒間腐蝕現(xiàn)象,。加入鈦，優(yōu)先形成氮化鈦,，就能防止這種有害的影響,。

3、氫的危害

當(dāng)鋼中氫含量大于2ppm時(shí),，氫在所謂“鱗片剝落”現(xiàn)象中起重要作用,。在滾軋和鍛造 后的冷卻過程中出現(xiàn)內(nèi)裂和斷裂現(xiàn)象時(shí)，這種剝落現(xiàn)象一般更加明顯,，而且在大的斷面或者高碳鋼中更經(jīng)常發(fā)現(xiàn)這種現(xiàn)象,。由于內(nèi)應(yīng)力的存在，這種缺陷會(huì)造成發(fā)動(dòng)機(jī)使用過程中大轉(zhuǎn)子發(fā)生崩裂,。鑄鐵中氫大于2ppm時(shí),，容易出現(xiàn)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(xiàn)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(shí)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?dú)涞拇嬖谛问?/strong>

1,、氧的存在形式

氧是以化合態(tài)和游離態(tài)共存的，一般游離態(tài)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(cè)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(tài),；如今特種合金鋼中所加入的大多數(shù)元素，在適當(dāng)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(fù)雜的氮化物,，此時(shí)鋼中可能會(huì)形成多達(dá)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(shù)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(shí)，兩個(gè)氫原子很容易就形成一個(gè)氫分子,。氫原子很活潑,，自然放置狀態(tài)就會(huì)形成氫分子緩慢釋放。

三,、鋼鐵中氧氮?dú)涞膩碓?/strong>

1,、氧的來源

氧在各種煉鋼爐冶煉終點(diǎn)時(shí)都以一定量存在鋼水中，氧是生產(chǎn)過程中供給的,，因?yàn)闊掍撨^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(jìn)行，盡管工藝千變?nèi)f化,，可是煉鋼爐內(nèi)熔池中鋼液的[C],、[O]的關(guān)系卻有共同的規(guī)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(duì)應(yīng)的平衡關(guān)系。

2,、氮的來源

 氮?dú)庠跔t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(shí)間長增加了氮含量,；轉(zhuǎn)爐復(fù)吹控制不當(dāng)，氮?dú)迩袚Q不及時(shí)也會(huì)增加氮的含量,；鐵合金,、廢鋼鐵和渣料中的氮也會(huì)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(jìn)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(jié)晶器滲水以及大氣中的水份與鋼水或爐渣作用而進(jìn)入鋼中。

來源：泰科鋼鐵網(wǎng),，托米實(shí)驗(yàn)設(shè)備

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