氧、氮、氫對鋼鐵產品的危害或作用
2022/10/11
氧和氫一樣，都會對鋼的機械性能產生不良影響。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的增加。對于鑄鐵，當鑄塊正凝固時，氧化物與碳可以發生反應，因此造成產品的孔隙和產品的脆化。氮不能一概而論的歸結為有害氣體元素，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方法，合金元素的種類、數量及其加入方式，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。例如：在存放一些時間后，鋼發生應變時效，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象。加入鈦，優先形成氮化鈦，就能防止這種有害的影響。當鋼中氫含量大于2ppm時，氫在所謂“鱗片剝落”現象中起重要作用。在滾軋和鍛造 后的冷卻過程中出現內裂和斷裂現象時，這種剝落現象一般更加明顯，而且在大的斷面或者高碳鋼中更經常發現這種現象。由于內應力的存在，這種缺陷會造成發動機使用過程中大轉子發生崩裂。鑄鐵中氫大于2ppm時，容易出現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。
