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淺析鋼在熱軋和熱處理過程中的脫碳機(jī)制與防護(hù)方法

熱軋和熱處理過程中,鋼的表面容易脫碳,脫碳以后其很多性能會(huì)受到影響,本期主要介紹鋼脫碳知識。

當(dāng)鋼被加熱到高溫時(shí),表面層與周圍空氣中氧反應(yīng),因而引起氧化和脫碳。

鋼材熱處理

氧化是一種現(xiàn)象,在氧化過程中,基體金屬與周圍空氣中的氧反應(yīng)產(chǎn)生氧化膜,如氧化進(jìn)一步發(fā)生,氧化物就會(huì)從金屬表層剝落下來。一般來說,隨著加熱溫度的上升以及加熱時(shí)間的增加,氧化層的厚度會(huì)顯著增加。

熱軋鋼坯過程會(huì)產(chǎn)生氧化

脫碳是一種常見的現(xiàn)象,鋼中的碳與空氣中的氧、二氧化碳和氫氣反應(yīng),產(chǎn)生一氧化碳或甲烷,導(dǎo)致表層金屬中的碳逃逸,這就減少了表層金屬中的碳含量。這里需要注意一點(diǎn),只有當(dāng)碳氧化的速度小于表層金屬氧化的速度,才會(huì)發(fā)生脫碳現(xiàn)象。

鋼表面脫碳層

最常見的情況是,氧化和脫碳同時(shí)發(fā)生,當(dāng)氧化的速度大于脫碳的速度時(shí),表面只會(huì)發(fā)生氧化而不會(huì)發(fā)生脫碳,即在氧化物下面不會(huì)觀察到脫碳層。實(shí)際上,脫碳的速度通常大于氧化的速度,所以氧化物層和脫碳層經(jīng)常同時(shí)存在。

當(dāng)脫碳發(fā)生在A3溫度以上時(shí),脫碳層深,碳含量在脫碳層中變化趨勢較緩。當(dāng)脫碳發(fā)生在A3溫度以下時(shí),脫碳層淺,碳含量在脫碳層中變化較為劇烈。

調(diào)質(zhì)鋼表面脫碳層

Cr可以降低碳的擴(kuò)散速度,在金屬表面形成致密的氧化膜層抑制氧的滲透。Si、W、Mo會(huì)加大脫碳,如果含有較多上述元素,在熱軋和熱處理過程中,應(yīng)十分關(guān)注脫碳問題。

鋼表面脫碳層,白色為鐵素體,碳在晶界擴(kuò)散速度更快晶界脫碳更為顯著

如何解決脫碳問題呢?通常采用的方法是氣體保護(hù),如采用干燥的氮?dú)饣蚋缓細(xì)怏w也可以達(dá)到抑制脫碳的目的。

來源:金屬材料科學(xué)與技術(shù)


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