脫碳 脫碳是鋼加熱時表面碳含量降低的現(xiàn)象。脫碳的過程就是鋼中碳在高溫下與氫或氧發(fā)生作用生成甲烷或一氧化碳。其化學(xué)方程式如下； 2Fe3C+O26Fe+2CO Fe3C+2H23Fe+CH4 Fe3C+H2O3Fe+CO+H2 Fe3C+CO23Fe+2CO 這些反應(yīng)是可逆的，即氫、氧和二氧化碳使鋼脫碳，而甲烷和一氧化碳則使鋼增碳。 脫碳是擴(kuò)散作用的結(jié)果，脫碳時一方面是氧向鋼內(nèi)擴(kuò)散；另一方面鋼中的碳向外擴(kuò)散。從最后的結(jié)果看，脫碳層只在脫碳速度超過氧化速度時才能形成。當(dāng)氧化速度很大時，可以不發(fā)生明顯的脫碳現(xiàn)象，即脫碳層產(chǎn)生后鐵即被氧化而成氧化鐵皮。因此，在氧化作用相對較弱的氣氛中，可以形成較深的脫碳層。 變壓器硅鋼片要求合碳量盡量低，除在冶煉上應(yīng)加以控制外，在鍛軋加熱時還應(yīng)利用脫碳現(xiàn)象，使碳含量進(jìn)一步下降，從而獲得容易磁化的性能。但對大多數(shù)鋼來說，脫碳會使其性能變壞，故均視為缺陷。特別是高碳工具鋼、軸承鋼、高速鋼及彈簧鋼，脫碳更是一種嚴(yán)重的缺陷。 脫碳層的組織特征：脫碳層由于碳被氧化，反映在化學(xué)成分上其含碳量較正常組織低；反映在金相組織上其滲碳體（Fe3C）的數(shù)量較正常組織少；反映在力學(xué)性能上其強(qiáng)度或硬度較正常組織低。 鋼的脫碳層包括全脫碳層和部分脫碳層（過渡層）兩部分。部分脫碳層是指在全脫碳層之后到鋼含碳量正常的組織處。在脫碳不嚴(yán)重的情況下，有時僅看到部分脫碳層而沒有全脫碳層。 關(guān)于脫碳層深度可根據(jù)脫碳成分、組織及性能的變化，采用多種方法測定。例如逐層取樣化學(xué)分析鋼的含碳量，觀察鋼的表面到心部的金相組織變化，測定鋼的表層到心部的顯微硬度變化等等。實(shí)際生產(chǎn)中以金相法測定鋼的脫碳層最為普遍。 （二）脫碳對鋼性能的影響 1.對鍛造和熱處理等工藝性能的影響 1）2Cr13不銹鋼加熱溫度過高，保溫時間過長時，能促使高溫δ鐵素體在表面過早的形成，使鍛件表面的塑性大大降低，模鍛時容易開裂。 2）奧氏體錳鋼脫碳后，表層將得不到均勻的奧氏體組織。這不僅使冷變形時的強(qiáng)化達(dá)不到要求，而且影響耐磨性，還可能由于變形不均勻產(chǎn)生裂紋。 3）鋼的表面脫碳以后，由于表層與心部的組織不同和線膨脹系數(shù)不同，因此淬火時所發(fā)生的不同組織轉(zhuǎn)變及體積變化將引起很大的內(nèi)應(yīng)力，同時表層經(jīng)脫碳后強(qiáng)度下降，甚至在淬火過程中有時使零件表面產(chǎn)生裂紋。 2.對零件性能的影響 對于需要淬火的鋼，脫碳使其表層的含碳量降低，淬火后不能發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變，或轉(zhuǎn)變不完全，結(jié)果得不到所要求的硬度。 軸承鋼表面脫碳后會造成淬火軟點(diǎn)，使用時易發(fā)生接觸疲勞損壞；高速工具鋼表面脫碳會使紅硬性下降。 由于脫碳使鋼的疲勞強(qiáng)度降低，導(dǎo)致零件在使用中過早地發(fā)生疲勞損壞。 零件上不加工的部分（黑皮部分）脫碳層全部保留在零件上，這將使性能下降。而零件的加工面上脫碳層的深度如在機(jī)械加工余量范圍內(nèi)，可以在加工時切削掉；但如超過加工余量范圍，脫碳層將部分保留下來，使性能下降。有時因?yàn)殄懺旃に嚥划?dāng)，脫碳層局部堆積，機(jī)械加工時將不能完全去掉而保留在零件上，引起性能不均，嚴(yán)重時造成零件報(bào)廢。 （三）影響鋼脫碳的因素 影響鋼脫碳的因素有鋼料的化學(xué)成分，加熱溫度，保溫時間和煤氣成分等。 1.鋼料的化學(xué)成分對脫碳的影響 鋼料的化學(xué)成分對脫碳有很大影響。鋼中含碳量愈高脫碳傾向愈大W、Al、Si、Co等元素都使鋼脫碳傾向增加；而 Cr、Mn等元素能阻止鋼脫碳。 2.加熱溫度的影響 隨著加熱溫度的提高，脫碳層的深度不斷增加。一般低于1000℃時，鋼表面的氧化皮阻礙碳的擴(kuò)散，脫碳比氧化慢，但隨著溫度升高，一方面氧化皮形成速度增加；另一方面氧化皮下碳的擴(kuò)散速度也加快，此時氧化皮失去保護(hù)能力，達(dá)到某一溫度后脫碳反而比氧化快。 3.保溫時間和加熱次數(shù)的影響 加熱時間越長，加熱火次愈多，脫碳層愈深，但脫碳層并不與時間成正比增加。例如高速鋼的脫碳層在1000℃加熱0.5h，深度達(dá)0.4mm；加熱4h達(dá)1.0mm；加熱12h后達(dá)1.2mm。 4.爐內(nèi)氣氛對脫碳的影響 在加熱過程中，由于燃料成分，燃燒條件及溫度不同，使燃燒產(chǎn)物中含有不同的氣體，因而構(gòu)成不同的爐內(nèi)氣氛，有氧化性的也有還原性的。他們對鋼的作用是不同的。氧化性氣氛引起鋼的氧化與脫碳，其中脫碳能力最強(qiáng)的介質(zhì)是H2O（汽），其次是CO2與O2，最后是H2；而有些氣氛則使鋼增碳，如 CO和 CH4。爐內(nèi)空氣過剩系數(shù)α大小對脫碳也有重要的影響：當(dāng)α過小時、燃燒產(chǎn)物中出現(xiàn)H2，在潮濕的氫氣內(nèi)的脫碳速度隨著含水量的增加而增大。因此，在煤氣無氧化加熱爐中加熱，當(dāng)爐氣中含H2O較多時，也要引起脫碳；當(dāng)α過大時，由于形成的氧化皮多，阻礙著碳的擴(kuò)散，故可減小脫碳層的深度。在中性介質(zhì)中加熱時，可使脫碳最少。 （四）防止脫碳的對策 防止脫碳的對策主要有以下幾方面： 1）工件加熱時，盡可能地降低加熱溫度及在高溫下的停留時間；合理地選擇加熱速度以縮短加熱的總時間； 2）造成及控制適當(dāng)?shù)募訜釟夥眨钩尸F(xiàn)中性或采用保護(hù)性氣體加熱，為此可采用特殊發(fā)計(jì)的加熱爐（在脫氧良好的鹽浴爐中加熱，要比普通箱式爐中加熱的脫碳傾向?yàn)樾。? 3）熱壓力加工過程中，如果因?yàn)橐恍┡既灰蛩厥股a(chǎn)中斷，應(yīng)降低爐溫以待生產(chǎn)恢復(fù)，如停頓時間很長，則應(yīng)將坯料從爐內(nèi)取出或隨爐降溫； 4）進(jìn)行冷變形時盡可能地減少中間退火的次數(shù)及降低中間退火的溫度，或者用軟化回火代替高溫退火。進(jìn)行中間退火或軟化回火時，加熱應(yīng)在保護(hù)介質(zhì)中進(jìn)行； 5）高溫加熱時，鋼的表面利用覆蓋物及涂料保護(hù)以防止氧化和脫碳； 6）正確的操作及增大工件的加工余量，以使脫碳層在加工時能完全去掉。 脫碳 decarbonization 一種凈化氣體的過程，指脫除混合氣體中的二氧化碳，主要見于合成氨生產(chǎn)原料氣或煤氣的處理。脫除原料氣中二氧化碳的方法，分為3類。 (1)物理吸收法 最早采用加壓水脫除二氧化碳，經(jīng)過減壓將水再生。此法設(shè)備簡單，但脫除二氧化碳凈化度差，出口二氧化碳一般在2％(體積)以下，動力消耗也高。近20年來開發(fā)有甲醇洗滌法、碳酸丙烯酯法、聚乙二醇二甲醚法等，與加壓水脫碳法相比，它們具有凈化度高、能耗低、回收二氧化碳純度高等優(yōu)點(diǎn)，而且還可選擇性地脫除硫化氫，是工業(yè)上廣泛采用的脫碳方法。 (2)化學(xué)吸收法 具有吸收效果好、再生容易，同時還能脫硫化氫等優(yōu)點(diǎn)。主要方法有乙醇胺法和催化熱鉀堿法。后者脫碳反應(yīng)式為： K2CO3+CO2+H2O=2KHCO3 為提高二氧化碳的吸收和再生速度，可在碳酸鉀溶液中添加某些無機(jī)或有機(jī)物作活化劑，并加入緩蝕劑以降低溶液對設(shè)備的腐蝕。其中工業(yè)上廣泛應(yīng)用的方法(表5—9)有多種。 表5—9 以碳酸鉀為吸收劑的主要脫碳方法 方法名稱 活化劑 緩蝕劑 改良砷堿法(溶液有毒) 氨基乙酸法 改良熱堿法 催化熱堿法 氨基乙酸 二乙醇胺 二乙醇胺—硼酸 五氧化二釩 五氧化二釩 五氧化二釩 此外，還有氨水吸收法。在碳酸化法合成氨流程中，采用氨水脫除變換氣中的二氧化碳，同時又將氨水加工成碳酸氫銨。 (3)物理—化學(xué)吸收法 以乙醇胺和二氧化四氫噻吩(又稱環(huán)丁砜)的混合溶液作吸收劑，稱環(huán)丁砜法。因乙醇胺是化學(xué)吸收劑，二氧化四氫噻吩是物理吸收劑，故此法為物理與化學(xué)效果相結(jié)合的脫碳方法。

標(biāo)簽：脫碳原理工作