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浅析钢在热轧和热处理过程中的脱碳机制与防护方法

热轧和热处理过程中,钢的表面容易脱碳,脱碳以后其很多性能会受到影响,本期主要介绍钢脱碳知识。

当钢被加热到高温时,表面层与周围空气中氧反应,因而引起氧化和脱碳。

钢材热处理

氧化是一种现象,在氧化过程中,基体金属与周围空气中的氧反应产生氧化膜,如氧化进一步发生,氧化物就会从金属表层剥落下来。一般来说,随着加热温度的上升以及加热时间的增加,氧化层的厚度会显著增加。

热轧钢坯过程会产生氧化

脱碳是一种常见的现象,钢中的碳与空气中的氧、二氧化碳和氢气反应,产生一氧化碳或甲烷,导致表层金属中的碳逃逸,这就减少了表层金属中的碳含量。这里需要注意一点,只有当碳氧化的速度小于表层金属氧化的速度,才会发生脱碳现象。

钢表面脱碳层

最常见的情况是,氧化和脱碳同时发生,当氧化的速度大于脱碳的速度时,表面只会发生氧化而不会发生脱碳,即在氧化物下面不会观察到脱碳层。实际上,脱碳的速度通常大于氧化的速度,所以氧化物层和脱碳层经常同时存在。

当脱碳发生在A3温度以上时,脱碳层深,碳含量在脱碳层中变化趋势较缓。当脱碳发生在A3温度以下时,脱碳层浅,碳含量在脱碳层中变化较为剧烈。

调质钢表面脱碳层

Cr可以降低碳的扩散速度,在金属表面形成致密的氧化膜层抑制氧的渗透。Si、W、Mo会加大脱碳,如果含有较多上述元素,在热轧和热处理过程中,应十分关注脱碳问题。

钢表面脱碳层,白色为铁素体,碳在晶界扩散速度更快晶界脱碳更为显著

如何解决脱碳问题呢?通常采用的方法是气体保护,如采用干燥的氮气或富含碳气体也可以达到抑制脱碳的目的。

来源:金属材料科学与技术


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