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为什么要测试钢铁中氧氮氢含量

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发表于 2016-12-18 11:06:30 | 显示全部楼层 |阅读模式

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一、为什么要测试钢铁中氧氮氢含量:即氧氮氢对钢铁产品的危害或作用。
1、氧的危害:
氧和氢一样,都会对钢的机械性能产生不良影响。不仅是氧的浓度,而且含氧的夹杂物的多少、类型及其分布等也有很重要的影响。这类夹杂物是指金属氧化物、硅酸盐、铝酸盐、含氧硫化物以及类似的夹杂化合物。炼钢需要脱氧,因为凝固期间,溶液中氧和碳反应会生成一氧化碳,可以造成气泡。另外,冷却时氧可以作为FeO、MnO以及其他氧化夹杂物从溶液中析出,从而削弱其热加工或冷加工性,以及延展性、韧性、疲劳强度和钢的械加工性能。氧与氮和碳还能引起老化或者硬度在室温下自发的增加。对于铸铁,当铸块正凝固时,氧化物与碳可以发生反应,因此造成产品的孔隙和产品的脆化。
2、氮的危害或作用:氮不能一概而论的归结为有害气体元素,因为有些特种钢是有目的的加入氮。所有的钢均含有氮,其存在量取决于钢的生产方法,合金元素的种类、数量及其加入方式,钢的浇铸方法,以及是否有目的的加入氮。有些牌号的不锈钢,适当增加N的含量,可以减少Cr的使用量,Cr相对很贵,此方法可以有效降低成本。钢铁中的氮大部分是呈金属氮化物的形态。例如:在存放一些时间后,钢发生应变时效,就不能被深冲加工(比如深冲加工为汽车保护板),因为钢会出现撕裂,不能沿各个方向被均匀地拉伸。这是由于晶粒大以及Fe4N沉积在晶粒界面上造成的。
再如:在不锈钢中,晶粒界面上形成氮化铬(Cr2N)会耗尽界面上含有的铬,并引起
所谓的粒间腐蚀现象。加入钛,优先形成氮化钛,就能防止这种有害的影响。
3、氢的危害: 当钢中氢含量大于2ppm时,氢在所谓“鳞片剥落”现象中起重要作用。在滚轧和锻造 后的冷却过程中出现内裂和断裂现象时,这种剥落现象一般更加明显,而且在大的断面或者高碳钢中更经常发现这种现象。由于内应力的存在,这种缺陷会造成发动机使用过程中大转子发生崩裂。铸铁中氢大于2ppm时,容易出现孔隙或一般的多孔性,这种氢造成的多孔性将造成铁的脆化。“氢脆”主要出现在马氏体钢中,在铁氧体钢中不十分突出,而在奥氏体钢中实际上尚不清楚。另外,氢脆一般与硬度和含碳量一起增加。
二、钢铁中氧氮氢的存在形式:
1、氧的存在形式:
氧是以化合态和游离态共存的,一般游离态很少,主要是以Fe2O3、Fe3O4、FeO以及金属氧化物夹杂、硅酸盐、铝酸盐、含氧硫化物以及类似的夹杂化合物的形式存在,仪器测试总氧含量,一般用T[O]表示。
2、氮的存在形式: 钢中一部分氮是呈金属氮化物或者碳氮化物的形态;如今特种合金钢中所加入的大多数元素,在适当条件下能形成氮化物。这些元素包括锰、铝、硼、铬、钒、钼、钛、钨、铌、钽、锆、硅和稀土等。考虑到许多氮化物形成元素具有几种简单的或者复杂的氮化物,此时钢中可能会形成多达70多种氮化物。另一部分的氮是以氮原子的形式固溶在钢中。极少数情况下,氮以分子形式夹杂于气泡中或者吸附在钢的表面。
3、氢的存在形式:  钢中氢是以氢原子的形式存在的,在高温时,两个氢原子很容易就形成一个氢分子。氢原子很活泼,自然放置状态就会形成氢分子缓慢释放。
三、钢铁中氧氮氢的来源:
1、氧的来源: 氧在各种炼钢炉冶炼终点时都以一定量存在钢水中,氧是生产过程中供给的,因为炼钢过程中首先是氧化过程,脱[P]、脱[S]、脱[Si]、脱[C]都需要向铁水供氧。但随着炼钢过程的进行,尽管工艺千变万化,可是炼钢炉内熔池中钢液的[C]、[O]的关系却有共同的规律性。即随着[C]的逐步降低, [O]却在逐步增高,[C]和[O]有着相互对应的平衡关系。
2、氮的来源:  氮气在炉气中的分压力很高,大气中氮的分压力大体保持在7.8Χ104Pa
,因此钢中的氮主要是钢水裸露过程中吸入并溶解的。电炉炼钢,包括二次精炼的电弧加热,加速了气体的解离,故[N]含量偏高;平炉冶炼时间长增加了氮含量;转炉复吹控制不当,氮氩切换不及时也会增加氮的含量;铁合金、废钢铁和渣料中的氮也会随炉料带入钢水。
3、氢的来源:氢气在炉气中的分压力很低,大气中氢的分压力为0.053Pa。因此钢中的氢主要由炉气中的水蒸汽的分压力来决定的。氢进入钢液的主要途径是:通过废钢表面的铁锈(xFeO•yFe3O4•2H2O);铁合金中的氢气;增碳剂、脱氧剂、覆盖剂、保温剂、遭渣剂(Ca(OH)2)、沥青和焦油中的水份;未烤干的钢包、中间包、中注管;钢锭模的喷涂料;结晶器渗水以及大气中的水份与钢水或炉渣作用而进入钢中。



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