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为什么要检测钢铁中的氧氮氢元素含量
来源: | 作者:四川赛恩思 | 发布时间: 2023-05-26 | 259 次浏览 | 分享到:

 

1、氧的危害

 

钢材的机械性能受到氧和氢的不良影响,而且不仅仅是氧的浓度,还有含氧夹杂物的数量、类型和分布等因素也会起到重要作用。这些夹杂物包括金属氧化物、硅酸盐、铝酸盐、含氧硫化物等类似的化合物。因此,在炼钢过程中需要进行脱氧处理。

在钢材凝固期间,溶液中的氧和碳会发生反应生成一氧化碳气泡,从而产生气孔。因此,炼钢过程需要进行脱氧处理来降低氧含量,以减少气泡的形成。

 

此外,在钢材冷却过程中,氧会与氧化夹杂物如FeO、MnO等析出,从而削弱钢材的热加工或冷加工性能,以及延展性、韧性、疲劳强度和加工性能。此外,氧与氮和碳还会导致钢材在室温下老化或自发增加硬度。

对于铸铁而言,当铸块凝固时,氧化物与碳会发生反应,导致产品产生孔隙并变得脆化。

所以了解和控制钢材中氧含量,处理含氧夹杂物以及进行适当的脱氧处理非常重要,这可以改善钢材的机械性能和加工性能

 

 

2、氮的危害或作用


氮在钢材中的作用不能简单地归结为有害气体元素,因为某些特种钢材是有意加入氮的。钢材中的氮含量取决于生产方法、合金元素种类和数量、加入方式、浇铸方法以及是否有意加入氮等因素。

一些特定牌号的不锈钢,适量增加氮的含量可以减少对昂贵的铬的使用,从而有效降低成本。钢材中的氮主要以金属氮化物的形式存在。举例来说,当钢材储存一段时间后,在应变作用下发生应变时效,就不能进行深冲加工(例如用于汽车保护板) ,因为钢材会发生撕裂,无法均匀地沿各个方向进行拉伸。这是因为晶粒长大以及Fe4N在晶界上沉积所致。

另外,不锈钢中晶界上形成的氮化铬(Cr2N)会耗尽界面上的铬,并引发粒间腐蚀现象。通过添加钛,可以优先形成氮化钛,从而防止这种有害影响的发生。

因此,氮在钢材中的作用是复杂的,不能简单地归结为有害元素。根据具体需求,钢材中的氮含量可以有目的地进行调整,以达到特定的性能要求,并采取适当的措施来解决由氮带来的负面影响。

 

3、氢的危害


当钢材中的氢含量超过2ppm时,氢将在所谓的鳞片剥落现象中发挥重要作用。这种剥落现象在滚轧和锻造后的冷却过程中更加明显,尤其在大断面或高碳钢中更为常见。这种缺陷通常会导致内部裂纹和断裂,特别是在发动机等大型转子的使用过程中。高氢含量引起的氢脆在铸铁中容易形成孔隙或普遍的多孔结构,这种氢引起的多孔性会导致铁材变得脆性。需要注意的是,氢脆主要在马氏体钢中出现,在铁氧体钢中不太明显,而在奥氏体钢中目前尚不清楚其具体情况。此外,氢脆现象通常与硬度和碳含量一起增加。

因此,当钢材中的氢含量超过2ppm时,会出现一系列问题,如鳞片剥落现象、内部裂纹和断裂。在铸铁中,高氢含量会导致孔隙和多孔性的形成,造成铁材脆性增加。需要特别注意的是,不同钢材类型对氢脆的敏感程度有所差异,具体情况取决于钢材的晶体结构。此外,氢脆现象与硬度和碳含量密切相关。