為什么要測試鋼鐵中氧、氮、氫含量？

一、為什么要測試鋼鐵中氧、氮、氫含量：即氧、氮、氫對鋼鐵產(chǎn)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(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，因為凝固期間，溶液中氧和碳反應(yīng)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(fā)的增加。對于鑄鐵，當(dāng)鑄塊正凝固時，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(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：在存放一些時間后，鋼發(fā)生應(yīng)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(xiàn)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(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，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，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，這種缺陷會造成發(fā)動機使用過程中大轉(zhuǎn)子發(fā)生崩裂。鑄鐵中氫大于2ppm時，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(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(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，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(tài)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(chǎn)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?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]有著相互對應(yīng)的平衡關(guān)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(zhuǎn)爐復(fù)吹控制不當(dāng)，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(jié)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。

來源：泰科鋼鐵網(wǎng)，托米實驗設(shè)備

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