钢铁中氧氮氢的测定

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1、第28卷增22008年11月冶金分析MetallurgicalAnalysisV01．28．Suppl．2November，2008文章编号：1DoO一7571(2008)增2—1054--04钢铁中氧氮氢的测定张宗展，王蓬，杨植岗(钢铁研究总院，北京100081)摘要：本文简要介绍了氧、氮、氢三元素对于钢铁材料性能的影响，在钢铁材料中存在的形式以及引入钢铁材料的途径。重点介绍了目前实验室中对氧、氮、氢三元素的现场检测所使用的原理，红外吸牧法裂氧，热孚法测定鼠和氢。随著使用务件的要豢和工艺的进步，各国对氧、氮、氢三元素的控制水平不断提高。文中列

2、出了目前各国钢产品的洁净度指标。关键词：氧；氯；氢；红外；热导率固分类号：0659．2文献标识码：A十年前，我国的钢产量已经突破l亿吨大关，成为世界第一产钢大国。随着2008年8月，第29届夏季奥运会在我国的举办，各地基础建设项目趁此契机大幅增多。对钢铁产品的需求量大增。同时，近年来我国钢铁的绝对产量也逐年大幅增加。但与世界主要发达产钢国家相比，我国钢铁产品整体上在品种结构、产品质量、技术装备等方面还有不少的差距。在中高档小汽车用钢板等项目上。我国钢铁产品质量要提高奇g还有很多。在市场经济激烈的竞争压力下，各钢铁厂都在努力追求高附加值的钢铁产品

3、。随着现代铁水预处理技术的发展，脱磷、脱硫、脱硅在生产上已经实现了最经济成本。在磷、硫的危害下降的同时，氢、氧、氮对钢的危害愈加显露出来．钢中氢的致裂，氮的发脆。全氧与钢中夹杂物的紧密关系，在分析钢的缺陷时已经形成共识。为此，各钢铁厂几乎都配备了氧氮氢分析仪，即使～些规模相对不算太大的特钢厂，也配备了进口氧氮氢分析仪。氧氮氢仪器的增加，凸显了成熟的氧氮氢分析技术人员比较缺少。因此，对钢铁中氧氮氢的检测介绍非常必要。l氧氨氢对钢铁产品的危害及作用1．1氧氧和氢一样，都会对钢的机械性能产生不良影响。不仅是氧的浓度．两且含氧夹杂物的多少，类型及其分布

4、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．．——1054．．—．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住．以及延展性、韧性、疲劳强度和钢的机械加工性能。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，因此造成产显的孔黥和产最的脆化。I．2氮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

5、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。铜的挠铸方法，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．这是出于晶粒大以及氏N沉秧在晶艘界面上造成的。再如：在不锈钢中，晶粒界面上形成氮化铬(Cr。N)会耗尽界面上含有的铬，并引起所谓的粒问腐蚀现象。加入钛，优先形成氮化钛，就能防

6、止这种有害的影响。L3氢当钢中氢含量大于2／-g／g时，氢在所谓“鳞第28卷增22008年11月冶金分析MetallurgicalAnalysisV01．28．Suppl．2November，2008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经常发现这种现象。由于内应力的存在，这种缺蹈会造成发动枧使用过程申大转子发生崩裂。铸铁中氢大于2ptg／g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

7、，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。2钢铁中氧氮氢的存在形式2．1氧的存在形式氧是以化合态积游离态共存的，一般游离态很少，主要是以Fe。O。，Fe。O。，Fe0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。2．2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

8、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。极少致情提下，氮以分子形式夹杂手气逛中或者吸附在钢的表面。2．