氧、氮、氢对钢铁产品的危害或作用
2022/09/26
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。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。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。
