鋼鐵中氧氮氫的測定

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1、第28卷增22008年11月冶金分析MetallurgicalAnalysisV01．28．Suppl．2November，2008文章編號：1DoO一7571(2008)增2—1054--04鋼鐵中氧氮氫的測定張宗展，王蓬，楊植崗(鋼鐵研究總院，北京100081)摘要：本文簡要介紹了氧、氮、氫三元素對于鋼鐵材料性能的影響，在鋼鐵材料中存在的形式以及引入鋼鐵材料的途徑。重點介紹了目前實驗室中對氧、氮、氫三元素的現(xiàn)場檢測所使用的原理，紅外吸牧法裂氧，熱孚法測定鼠和氫。隨著使用務(wù)件的要豢和工藝的進(jìn)步，各國對氧、氮、氫三元素的控制水平不斷提高。文中列

2、出了目前各國鋼產(chǎn)品的潔凈度指標(biāo)。關(guān)鍵詞：氧；氯；氫；紅外；熱導(dǎo)率固分類號：0659．2文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A十年前，我國的鋼產(chǎn)量已經(jīng)突破l億噸大關(guān)，成為世界第一產(chǎn)鋼大國。隨著2008年8月，第29屆夏季奧運會在我國的舉辦，各地基礎(chǔ)建設(shè)項目趁此契機大幅增多。對鋼鐵產(chǎn)品的需求量大增。同時，近年來我國鋼鐵的絕對產(chǎn)量也逐年大幅增加。但與世界主要發(fā)達(dá)產(chǎn)鋼國家相比，我國鋼鐵產(chǎn)品整體上在品種結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品質(zhì)量、技術(shù)裝備等方面還有不少的差距。在中高檔小汽車用鋼板等項目上。我國鋼鐵產(chǎn)品質(zhì)量要提高奇g還有很多。在市場經(jīng)濟激烈的競爭壓力下，各鋼鐵廠都在努力追求高附加值的鋼鐵產(chǎn)品

3、。隨著現(xiàn)代鐵水預(yù)處理技術(shù)的發(fā)展，脫磷、脫硫、脫硅在生產(chǎn)上已經(jīng)實現(xiàn)了最經(jīng)濟成本。在磷、硫的危害下降的同時，氫、氧、氮對鋼的危害愈加顯露出來．鋼中氫的致裂，氮的發(fā)脆。全氧與鋼中夾雜物的緊密關(guān)系，在分析鋼的缺陷時已經(jīng)形成共識。為此，各鋼鐵廠幾乎都配備了氧氮氫分析儀，即使～些規(guī)模相對不算太大的特鋼廠，也配備了進(jìn)口氧氮氫分析儀。氧氮氫儀器的增加，凸顯了成熟的氧氮氫分析技術(shù)人員比較缺少。因此，對鋼鐵中氧氮氫的檢測介紹非常必要。l氧氨氫對鋼鐵產(chǎn)品的危害及作用1．1氧氧和氫一樣，都會對鋼的機械性能產(chǎn)生不良影響。不僅是氧的濃度．兩且含氧夾雜物的多少，類型及其分布

4、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．．——1054．．—．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?。约把诱剐浴㈨g性、疲勞強度和鋼的機械加工性能。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)顯的孔黥和產(chǎn)最的脆化。I．2氮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

5、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。銅的撓鑄方法，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(hù)板)，因為鋼會出現(xiàn)撕裂，不能沿各個方向被均勻地拉伸．這是出于晶粒大以及氏N沉秧在晶艘界面上造成的。再如：在不銹鋼中，晶粒界面上形成氮化鉻(Cr。N)會耗盡界面上含有的鉻，并引起所謂的粒問腐蝕現(xiàn)象。加入鈦，優(yōu)先形成氮化鈦，就能防

6、止這種有害的影響。L3氫當(dāng)鋼中氫含量大于2／-g／g時，氫在所謂“鱗第28卷增22008年11月冶金分析MetallurgicalAnalysisV01．28．Suppl．2November，2008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，這種缺蹈會造成發(fā)動枧使用過程申大轉(zhuǎn)子發(fā)生崩裂。鑄鐵中氫大于2ptg／g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

7、，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。2鋼鐵中氧氮氫的存在形式2．1氧的存在形式氧是以化合態(tài)積游離態(tài)共存的，一般游離態(tài)很少，主要是以Fe。O。，F(xiàn)e。O。，F(xiàn)e0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。2．2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．考慮到許多氮化物形成元素具有幾種簡單的或者復(fù)雜

8、的氮化物，此時鋼中可能會形成多達(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。極少致情提下，氮以分子形式夾雜手氣逛中或者吸附在鋼的表面。2．