高锰钢水韧处理的脱碳现象

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钢的脱碳反应及脱碳(知识简介)

管件知识（3）钢的脱碳反应钢的脱碳反应——钢液内碳氧化而被除去的反应。

碳对钢的力学性能影响很大，是钢中最重要的合金元素。

除了极少数钢种外，绝大多数钢中含碳量都在1％以下；而生铁含碳一般在3～4.5％范围，因此，脱碳就成为炼钢过程中最重要的反应之一。

脱碳反应产物一氧化碳（在钢液含碳很低时，产物中有少量二氧化碳）气泡穿过钢液排出，强烈搅动熔池,这种现象被称为“沸腾”。

沸腾时,气泡中氢、氮等气体的分压极低，使钢液中溶解的氢、氮等有害杂质向气泡中转移，钢中的非金属夹杂物也随着气泡上升而被除去。

沸腾不仅使钢液温度和化学成分均匀，还增加气相-熔渣-钢液的接触面，加快各种反应的速度。

脱碳引起的沸腾是保证钢质量的一个重要措施，所以一般电炉和平炉炼钢过程中总要有一定的去碳量。

脱碳反应从来就受到冶金工作者的特别重视。

早在1931年，瓦舍(H.C.Vacher)和哈密顿（E.H.Hamilton）开始在实验室条件下测出了1580℃铁液中的碳氧平衡浓度积为0.0025；以后,许多知名的冶金学者如奇普曼(J.Chipman)、申克(H.Schenck)等都研究过脱碳反应。

脱碳反应热力学炼钢脱碳过程中，氧传输到钢液有两种途径：①氧气直接和钢液接触，如转炉炼钢时向熔池吹氧脱碳，其反应是：2C+O2→2CO；[C]代表溶于钢中的碳。

②氧经过炉渣传送到钢液,如平炉和电炉炼钢时，氧化期的脱碳，其反应是：(FeO) 代表渣中的氧化亚铁。

两者都包括钢液中的碳氧反应：。

这是个弱放热反应，其平衡常数K随温度升高而稍有减小。

在炼钢温度下,K 为400～500。

当CO的分压为1大气压时，钢液中碳和氧的平衡浓度积为：m＝[％C]·[％O]＝0.002～0.0025在炼钢过程前期,炉内温度较低,钢中的硅、锰等元素大量氧化,碳也可能部分氧化,它们都在争夺钢中的氧。

以后,钢中硅、锰含量减少，炉温升高，一直到脱氧前,钢液中的碳氧反应即成为控制钢中氧含量的主要反应。

高锰钢的水韧处理温度

高锰钢的水韧处理温度
对于高锰钢的水韧处理温度，一般而言，该过程的温度通常在800°C到1100°C之间。

具体的温度选择会受到高锰钢的合金成分、生产工艺和所需性能的影响。

一般步骤如下：
加热：将高锰钢零件加热到水韧处理温度范围内。

这个阶段有助于改变高锰钢的结构。

保温：在达到所需温度后，保持一定的时间以确保材料均匀受热。

淬火：将加热保温后的高锰钢零件迅速浸入冷却介质（通常是水），进行淬火。

这个过程能够使高温状态下的高锰钢迅速冷却，改变其晶体结构，提高硬度和强度。

需要特别注意的是，水韧处理是一项严格控制的热处理工艺，温度和时间的选择需要根据具体高锰钢的成分和性能要求来确定。

此外，由于高锰钢含有较高的锰含量，对淬火的冷却速度和方式有一定要求，以避免出现不均匀的组织结构和可能的开裂问题。

对于具体的高锰钢水韧处理温度和工艺参数，建议咨询相关领域的专业工程师或材料科学家，以确保获得最佳性能和质量。

1。

钢的脱碳名词解释_概述及解释说明

钢的脱碳名词解释概述及解释说明1. 引言1.1 概述钢的脱碳是指在钢材表面发生的一种化学反应过程，导致表面的碳含量减少。

脱碳过程是由于高温下钢与氧气的接触导致表面碳元素被氧化而产生。

脱碳对钢材性能有着重要影响，因此研究和控制钢的脱碳过程具有重要意义。

1.2 文章结构本文主要分为五个部分进行阐述。

首先，在引言部分进行概述，并介绍文章结构和目的。

其次，在“钢的脱碳名词解释”部分对脱碳进行定义、解释了引起脱碳的原因以及探讨了脱碳对钢材性能的影响。

然后，在“钢脱碳的检测方法及标准”部分详细介绍了常用于检测钢材脱碳情况的方法和相关标准。

第四部分是“防止钢材脱碳的措施和方法”，将探讨如何通过控制温度和时间、添加合适的合金元素和添加剂以及采取表面保护措施来防止钢的脱碳。

最后，在“结论”部分总结了本文的内容和结果，并强调了钢脱碳问题的重要性，以及未来可能的解决方案和建议措施。

1.3 目的本文旨在全面介绍钢的脱碳现象，并深入探讨其影响因素以及检测方法。

同时，通过对防止钢材脱碳的措施和方法进行研究，提供实用的解决方案和建议。

通过本文的研究，希望能够增加人们对钢脱碳问题的认识和理解，促进相关技术的发展和应用。

2. 钢的脱碳名词解释2.1 脱碳定义钢的脱碳是指钢材中的碳元素在加工过程中被氧化而减少的现象。

具体来说，当钢材暴露在高温环境下时，周围的氧气会与钢表面的碳元素发生反应形成一种硬质氧化物层（Fe3O4），这导致了钢材表层地区的碳含量减少，从而降低了其硬度和力学性能。

2.2 脱碳原因脱碳主要是由于高温下氧气与钢中的碳元素反应引起的。

其中主要有以下几个原因：- 渗透性脱碳：当钢材处于高温状态时，外部空气浸透进入钢中，与表面上的含有大量碳元素的铁相互作用，使得表面上碳元素溶解到铁中，并随着外部氧化过程被消耗掉。

- 气体脱碳：在某些特殊情况下，高温环境中存在着一些可活泼地与铁中的可燃组分进行反应、生成嵌入固体铁中的气体。

加热过程中造成的脱碳

加热过程中造成的脱碳加热过程中造成的脱碳，是一种常见的金属材料热处理中的现象。

脱碳是指金属材料表层的碳元素被加热后逸出，导致材料的表层变质。

脱碳是一个不可避免的问题，但它可以通过合适的热处理措施进行控制，从而减少对材料性能的影响。

脱碳的原因主要是由于加热时材料表层与外界氧气的接触，表层的碳元素就会与氧气发生化学反应，生成一种易挥发的气体——一氧化碳。

这种气体在高温下蒸发出来，导致材料表层的碳含量减少，从而降低了材料的硬度和耐磨性。

特别是对于碳钢等含碳量较高的材料来说，脱碳会对材料性能产生明显的影响。

为了控制脱碳，首先要做的就是选择合适的加热温度和时间。

通常情况下，加热温度越高，脱碳越严重；加热时间越长，脱碳也越明显。

因此，在热处理过程中要根据材料的具体要求，选择适当的加热条件进行控制。

合理控制加热速度和保温时间，可以有效减少脱碳的程度。

其次，还可以采用一些措施来防止脱碳的发生。

例如，在加热过程中，可以选择适当的环境气氛，例如使用氢气或惰性气体作为保护气体，减少材料与氧气的接触。

另外，还可以采用表面包氮、包铝等措施，增加材料表层的碳含量，从而降低脱碳的程度。

对于脱碳已经发生的材料，可以采取以下措施进行修复。

一种方法是进行重新碳化处理，通过加热材料到适当的温度，使其表面再次吸收碳元素，重新恢复材料的性能。

另外，也可以采用渗碳等改性工艺，将碳元素重新加入材料中，提高其耐磨性和硬度。

总之，加热过程中造成的脱碳是金属材料热处理中不可避免的现象。

通过合适的热处理条件选择和控制，可以有效减少脱碳的程度。

此外，采取适当的防护措施和修复方法，也可以有效应对已经发生脱碳的材料。

只有综合运用这些方法，我们才能更好地保护和提高金属材料的性能，满足工业生产和消费需求。

高碳钢65Mn脱碳研究

２Ｆｅ３Ｃ＋Ｏ２＝６Ｆｅ＋２ＣＯ
Ｆｅ３Ｃ＋２Ｈ２＝３Ｆｅ＋ＣＨ４
生产热轧６５Ｍｎ铸坯，后续热轧后供生产冷轧锯片。
原料化学成分见表１。沿坯料断面的表面截取试
样，以此研究坯料表面的脱碳情况。
耿赛晓，耿谊，耿晨尧
唐山０６３３００）（唐山国丰钢铁有限公司，河北
摘
要：文章对高碳钢６５Ｍｎ脱碳行为进行研究讨论，从加热温度、保温时间、炉内气氛等各方面分析了高碳钢加热
过程中脱碳层变化规律，为高碳钢加热制度提供理论研究依据。
（ＴａｎｇｓｈａｎＧｕｏｆｅｎｇＩｒｏｎ＆ＳｔｅｅｌＣｏ．Ｌｔｄ．，Ｔａｎｇｓｈａｎ０６３３００，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅａｒｔｉｃｌｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄｔｈｅｄｅｃａｒｂｕｒｉｚａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｈｉｇｈ — ｃａｒｂｏｎｓｔｅｅｌ６５Ｍｎ．ｈｅａｔｉｎｇｏｎＨｉｇｈｃｏｒｂｏｎｓｔｅｅｌｄｅｃａｒｂｕｒｉ — ｚａｔｉｏｎ．ＴｈｅｄｉｖｅｒｓｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｄｅｃａｒｂｕｒｉｚａｔｉｏｎｌａｙｅｒｄｕｒｉｎｇｈｅａｔｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｗａｓａｎＭｙｚｅｄｆｒｏｍｈｅａｔｉｎｇｔｉｍｅ，ｈｅａｔｉｎｓｕｌａｔｉｎｇｔｉｍｅ，ａｎｄｔｈｅｈｅａｔｉｎｇｆｕｒｎａｃｅｉｎｎｅｒａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ．Ｔｈｅｔｈｅｏｒｙｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｉｓｓｕｐｐｌｉｅｄｆｏｒｄｒａｗｉｎｇｕｐｔｈｅｈｅａｔｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｏｆｈｉｇｈ — ｃａｒｂｏｎｓｔｅｅ１．ＫｅｙＷｏｒｄｓ：ｈｉｇｈ — ｃａｒｂｏｎｓｔｅｅｌ：ｄｅｃａｒｂｕｒｉｚｅｄｌａｙｅｒ；６５Ｍｎ

钢热处理中的脱碳

钢热处理中的脱碳指钢件在加热过程中，由于炉内脱碳性气氛与钢表面的碳原子发生化学反应，即钢表面的碳原子部分或全部被烧掉，因此降低了其表面的含碳量，从而影响到零件的表面质量和力学性能，常规而言是不允许的。

无保护加热造成脱碳总是不可避免的，实验表明脱碳后的表面组织为铁素体，内部为奥氏体组织，在淬火后二者转变为马氏体的过程中，表面产生拉应力的作用，将会造成表面的变形和开裂，表面硬度、抗拉强度和疲劳强度等普遍下降，出现零件的早期时效，因此必须避免该类现象的发生。

钢在加热过程中离不开加热体和加热的介质，热处理加热设备种类较多，加热的方式有传导、对流和辐射三种，任何热处理设备均具有其中的一种或几种传热方式，通常在加热的介质炉气中存在有O2、CO2、H2O和H2等气体，它们和钢表面的碳发生化学作用，造成碳含量的下降，钢的脱碳过程有两个环节，一是表面的碳原子被氧化，二是表面的碳失去引起表面碳浓度的降低，根据化学平衡原理心部碳向表面扩散移动，因此脱碳层会不断增加，时间越长则脱碳越严重。

下面为零件在脱碳时的化学反应式：从上述几个反应式来看，钢件表面的碳原子分别与氧化性的气体作用生成了相应的气体，碳含量则低于钢的原始成分，无法获得要求的组织和性能，因此实现无脱碳的热处理是至关重要的举措。

同时还应当地看到O2、CO2、H2O和H2等气体除发生以上作用外，它们也可同钢中的Fe3C反应使其失去碳原子：因此无论是钢表面的碳原子还是渗碳体中呈化合态的碳原子，一旦发生脱碳则其使零件表面的含碳量降低，造成淬火后硬度低和耐磨性减弱，尤其是造成零件疲劳强度的明显下降。

上述炉内的气氛中O2、CO2、H2O和H2属于氧化性的气体，在加热的过程中引起钢表面的氧化和脱碳，而CO、CH4则为还原性气体，可以使氧化层和脱碳层得到还原，恢复钢表面的原始成分状态。

需要说明的是除H2外，在还原性和氧化性的气氛中，如含有水蒸气它将会造成表面的明显脱碳。

作为气体加热介质而言，为了确保加热过程中不出现上述缺陷，应当采用在还原性或保护气氛中完成零件的热处理，这是热处理工作者一直努力的方向，目前陆续开发了一系列的加热方法，实现了不改变零件的表面成分和状态的保护介质的加热。

高锰钢水韧处理中的冷却

高锰钢水韧处理中的冷却
海钺铸造厂生产高锰钢铸件已十年有余，在生产实践中总结了水韧处理中如何冷却高锰钢铸件。

高锰钢经高温阶段后，要以尽量快的速度冷却，以使高温时得到单相奥氏体组织保持到常温。

通常采用的方法是水淬。

高锰钢在960℃以后可能会析出共析碳化物，但在该温度下冷却速度很快时，连续冷却曲线可以避开奥氏体的等温转变，这样就可以得到单相奥氏体组织。

高锰钢铸件加热到最高温度保温后水淬前温度过低，组织中会析出碳化物。

析出碳化物首先在晶界上出现。

这种碳化物在水淬时被留下来，除非经过重新加热处理否则不可能消除。

析出碳化物使钢的性能变脆。

当它的数量较多时，在激冷的收缩应力作用之下会使铸件在晶界处出现淬火裂纹。

出炉至水淬的时间应控制在1分钟以内，不得超过1分钟，应为水淬时冷却速度不足也会在冷却过程中在奥氏体中析出碳化物。

水淬时冷却速度不足会在冷却过程中奥氏体中会析出奥氏体。

水淬时冷却速度应答到30℃/s，水淬池中的水量应为处理高锰钢重量的8倍以上。

一般生产中规定水淬前水温低于30℃，水淬之后水温低于60℃，为了使水淬时有更好的散热条件，常在水淬时向池内吹入压缩空气，或是设法使铸件在水池中往返移动，以加快散热过程，水池中水应定期更换冷却水，并设法使水循环流动。

高锰钢水韧处理的加热温度

水韧处理的加热速度高锰钢铸件进行水韧处理，加热时的温度低于400℃的范围内，铸态组织中没有明显变化。

450℃左右开始有针状碳化物析出。

500℃时碳化物数量明显增加。

大约在550℃是碳化物析出数量最多。

到600℃时针状碳化物的长度铸件变短但是片层变得宽厚。

700℃以上铸态组织中的碳化物铸件溶入奥氏体中。

开始时是晶内针状碳化物先溶解，800℃时晶内碳化物大部分消失了，，只是在晶界上和晶界附近尚有未溶的碳化物。

850℃以上晶界上的碳化物因逐渐溶解而变细、变窄成断网状，900℃以上晶界上残余的碳化物铸件消失并成为孤立的集聚状态。

这种未溶的碳化物随着温度的升高而逐渐缩小，950℃以上即全部溶入奥氏体中。

加热过程中在550-600℃发生共析转变，形成珠光体。

开始时在碳化物的周围奥氏体分解，以后逐渐扩大范围。

开始形成的珠光体是层片状，温度升高时趋于粒状化。

加热到共析转变温度以上，珠光体型的组织会发生奥氏体的重结晶。

这个过程是一个在相界面上奥氏体核心形成和长大的过程，由于重结晶的过程奥氏体晶粒可以有一定程度的细化。

但是在通常的热处理升温速度的条件下，铸态组织中的奥氏体不可能全部分解，因此这个细化作用是不明显的。

而且经过高温保温阶段之后往往高锰钢的晶粒还有所长大，甚至在热处理之后的组织较铸态还要粗大。

高锰钢在升温过程中，若升温速度足够快，奥氏体中就来不及析出碳化物，就不发生共析反应。

由于高锰钢的导热性低、热膨胀系数高，加以铸态组织中有大量的网状碳化物，钢的性能很脆。

加热时很容易因应力而开裂。

入炉温度取决于高锰钢铸件的尺寸、重量、结构的复杂程度和钢中碳含量等因素。

加热过程中温度低于700℃时最危险，因为低温时钢的性能很脆。

升温到650-700℃时保温一段时间，以便使温度均匀，消除一部分应力。

保温时间长短视件大小而定。

加热速度根据具体情况，厚大件可以在35-50℃/h，多数铸件可以在80-100℃/h。

为了防止形成裂纹，磷含量、碳含量和升温速度之间应综合予以考虑。

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高锰钢水韧处理的脱碳现象
高锰钢铸件在水韧处理过程中会有脱碳现象，海钺铸造厂对此进行了长期的总结：
水韧温度越高，高温下保温时间越长，高锰钢常常在炉内氧化气氛中脱碳。

脱碳会使钢的力学性能和耐磨性能恶化。

铸件表层的脱碳是由于加热和保温过程中钢中碳的氧化造成的。

脱碳层较深，表层的碳含量降到0.1%~.2%。

可以达到几毫米，由于脱碳层，钢的表层组织发生明显的变化，碳含量降低后它已不属于奥氏体的相区之内，从组织图表中看，出现马氏体组织。

高锰钢在高于1100℃保温时，保温时间愈长，脱碳层的厚度和氧化皮层的厚度愈大。

脱碳层在水淬时得到马氏体组织，这个表层很脆、塑性很低，和内部奥氏体组织之间的结合强度很差，在冲击磨料磨损条件下工作时，表面层很快发生剥落，加快金属的磨损。

脱碳层在水淬时发生马氏体转变，体积膨胀，而内层仍然是奥氏体组织，表层和内层之间出现应力，在随后的冷却过程中两种组织的线收缩也不相同。

这些都使表层扥容易开裂，特别是当铸件在热处理之前表面已经有裂纹时，脱碳的结果会使原有的微小裂纹发展扩大。

咋保证热处理后组织的前提下，尽量减少保温时的氧化和脱碳，尽量减少热处理炉内的氧化性气氛，设法维持中性的炉内气氛。