氧、氮、氢对马口铁的危害和影响

时间：2017-01-13 作者：91再生 来源：91再生网

　　1、氧的危害

 

　　氧和氢一样，都会对铁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。炼铁需要脱氧，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、疲劳强度和铁的械加工性能。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。

 

　　2、氮的危害或作用

 

　　氮不能一概而论的归结为有害气体元素，因为有些特种铁是有目的的加入氮。所有的铁均含有氮，其存在量取决于铁的生产方法，合金元素的种类、数量及其加入方式，铁的浇铸方法，以及是否有目的的加入氮。有些牌号的不锈铁，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。马口铁废料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，铁发生应变时效，就不能被深冲加工（比如深冲加工为汽车保护板），因为铁会出现撕裂，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：在马口铁废料中，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。

 

　　3、氢的危害

 

　　当马口铁废料中氢含量大于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马口铁废料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。铸马口铁废料中氢大于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”主要出现在马氏体马口铁废料中，在铁氧体马口铁废料中不十分突出，而在奥氏体马口铁废料中实际上尚不清楚。另外，氢脆一般与硬度和含碳量一起增加。

 

　　马口铁废料中氧氮氢的存在形式

 

　　1、氧的存在形式

 

　　氧是以化合态和游离态共存的，一般游离态很少，主要是以Fe2O3、Fe3O4、FeO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、氮的存在形式

 

　　马口铁废料中一部分氮是呈金属氮化物或者碳氮化物的形态；如今特种合金马口铁废料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的氮化物，此时马口铁废料中可能会形成多达70多种氮化物。另一部分的氮是以氮原子的形式固溶在马口铁废料中。极少数情况下，氮以分子形式夹杂于气泡中或者吸附在铁的表面。

 

　　3、氢的存在形式

 

　　马口铁废料中氢是以氢原子的形式存在的，在高温时，两个氢原子很容易就形成一个氢分子。氢原子很活泼，自然放置状态就会形成氢分子缓慢释放。

 

　　马口铁废料中氧氮氢的来源

 

　　1、氧的来源

 

　　氧在各种炼铁炉冶炼终点时都以一定量存在铁水中，氧是生产过程中供给的，因为炼铁过程中首先是氧化过程，脱[P]、脱[S]、脱[Si]、脱[C]都需要向铁水供氧。但随着炼铁过程的进行，尽管工艺千变万化，可是炼铁炉内熔池中铁液的[C]、[O]的关系却有共同的规律性。即随着[C]的逐步降低，[O]却在逐步增高，[C]和[O]有着相互对应的平衡关系。

 

　　2、氮的来源

 

　　氮气在炉气中的分压力很高，大气中氮的分压力大体保持在7.8Χ10^4Pa，因此马口铁废料中的氮主要是铁水裸露过程中吸入并溶解的。电炉炼铁，包括二次精炼的电弧加热，加速了气体的解离，故[N]含量偏高；平炉冶炼时间长增加了氮含量；转炉复吹控制不当，氮氩切换不及时也会增加氮的含量；铁合金、马口铁废料和渣料中的氮也会随炉料带入铁水。

 

　　3、氢的来源

 

　　氢气在炉气中的分压力很低，大气中氢的分压力为0.053Pa。因此马口铁废料中的氢主要由炉气中的水蒸汽的分压力来决定的。氢进入铁液的主要途径是：通过马口铁废料表面的铁锈；铁合金中的氢气；增碳剂、脱氧剂、覆盖剂、保温剂、遭渣剂（Ca（OH）2）、沥青和焦油中的水份；未烤干的铁包、中间包、中注管；铁锭模的喷涂料；结晶器渗水以及大气中的水份与铁水或炉渣作用而进入马口铁废料中。

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