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脱碳层对光谱分析钢铁中碳及其他元素含量的影响

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人气:-发表时间:2015-12-11 17:16【

研究原因

检测来料钢板时,检测结果C含量与手工化验结果偏差较大,检测切割面时检测结果基本一致,钢板表面多磨掉一层后,检测结果趋于稳定

脱碳层的危害:

当脱碳层增多时,会使锻件表面变软,强度和耐磨性降低,对锻件质量有很大的危害,特别是高碳工具钢、轴承钢、高速钢及弹簧钢的脱碳更是严重的缺陷。因此在锻造,特别是精锻加热时应避免脱碳发生。

脱碳层国家标准里没有规定多少是合格,多少是不合格。 判定标准是不影响产品使用性能作为依据的,而线材中国标GB/T5953GB/T6478都有说明的。

例:GB/T6478-2001 冷镦和冷挤压用钢 定钢材每边总脱碳层深度(铁素体+过渡层)不得大于公称直径的1%或及1.5%。但对于直径小于7mm的钢材,一边总脱碳层深度不得大于0.1mm

脱碳层概念

A、脱碳:是指钢在加热时表面碳含量降低的现象。脱碳可以是部分脱碳,也可以是全(或近似于全)脱碳。

B、总脱碳层深度:从产品表面到碳含量等于基体碳含量的那一点距离,等于部分脱碳层和完全脱碳层之和。

C、有效脱碳层深度:从产品表面到规定的碳含量或硬度水平的点的距离,规定的碳含量或硬度水平以不因脱碳而影响使用性能为准(如产品标准中规定的碳含量小值)。

D、铁素体脱碳层深度:表面完全脱碳层的深度。(由显微组织检验确定)

原理

脱碳的实质就是钢中碳在高温下与氧或氢等发生作用生成一氧化碳或甲烷,其化学反应如下:

2Fe3C+O2            6Fe+2CO

Fe3C+2H2              Fe+CH4

Fe3C+H2O            3Fe+CO+H2

Fe3C+CO2            3Fe+2CO

这些反应是可逆的,即氢、氧和二氧化碳使钢脱碳,而甲烷和一氧化碳则使钢增碳

脱碳过程

脱碳是扩散作用的结果,脱碳时一方面是氧向钢内扩散;另一方面钢中的碳向外扩散。从后的结果看,脱碳层只在脱碳速度超过氧化速度时才能形成。当氧化速度很大时,可以不发生明显的脱碳现象,即脱碳层产生后铁即被氧化而成氧化铁皮。因此,在氧化作用相对弱的气氛中,可以形成较深的脱碳层

影响脱碳的因素

A、炉气成分   在炉气成分中,脱碳能力强的是H2O(汽),其次是O2CO2H2较弱。一般来说在中性介质或弱氧化性介质中加热时,可以减少脱碳。

B、加热温度   钢在氧化性炉气中加热时,既产生氧化,也引起脱碳。在700~1000的高温下,由于表面氧化皮阻碍碳的扩散,脱碳的速度比氧化要慢;随着加热温度的升高,氧化和脱碳的速度都加快,而此时氧化皮丧失阻碍功能,脱碳进行得比氧化更为剧烈。如GCr15钢在1100~1200温度时,会产生强烈的脱碳现象。

C、加热时间   钢在加热时间越长,脱碳层越厚;当厚度达到一定值后,脱碳速度将逐渐减慢。

D、化学成分   钢的含碳量越高,脱碳倾向越大。WAl等元素使钢脱碳增加;CrMn等元素则能阻止钢的脱碳。

脱碳层分类



总脱碳层

 


 

 

 

 


 



部分脱碳层


 

 

脱碳层的检测

通常采用金相法、硬度法、化学法或光谱分析法。下面简单说下光谱分析与脱碳层的关系

实验部分

    仪器及工作条件

全谱直读光谱仪,千分尺,氩气纯度:≥99.999%

    试样的选择和试验

将平面试样逐层磨剥,在每一层上进行碳及其他元素的光谱测定。要设法使逐层的光谱火花放电区不重叠

    样品准备

3mm薄板,热轧;厚6mm圆钢,热轧

 

 

 

 

 

 

    检测数据

    A、钢板总厚度:2.81mm

 

 

 

剩余厚度mm

去除厚度mm

C

Si

Mn

P

S

Cr

Ni

2.74

0.07

0.118

0.0565

0.866

0.011

0.0045

0.022

0.018

2.73

0.08

0.121

0.0565

0.87

0.011

0.0045

0.022

0.017

2.71

0.1

0.151

0.057

0.87

0.011

0.004

0.025

0.019

2.695

0.115

0.161

0.057

0.869

0.01

0.004

0.024

0.019

2.69

0.12

0.161

0.057

0.87

0.009

0.004

0.024

0.019

2.67

0.14

0.16

0.057

0.874

0.0105

0.0045

0.023

0.018

2.6

0.21

0.159

0.057

0.875

0.011

0.004

0.024

0.019

2.46

0.35

0.161

0.057

0.869

0.0108

0.004

0.023

0.018

 

随着脱碳层的减少,含碳量的趋势图

 

 

 

 

 

 

 

 

B、圆钢厚度:6.52mm

 

厚度mm

去除厚度mm

C

Si

Mn

P

S

Cr

Ni

6.49

0.03

0.26

0.255

1.658

0.015

0.007

0.095

0.057

6.44

0.08

0.31

0.258

1.657

0.016

0.008

0.094

0.056

6.35

0.17

0.33

0.259

1.65

0.018

0.007

0.096

0.057

6.31

0.21

0.34

0.26

1.665

0.016

0.007

0.096

0.057

6.25

0.27

0.36

0.262

1.664

0.016

0.007

0.098

0.059

5.95

0.57

0.365

0.261

1.659

0.015

0.006

0.097

0.058

5.84

0.68

0.371

0.263

1.661

0.017

0.007

0.097

0.057

5.72

0.8

0.369

0.026

1.66

0.017

0.007

0.096

0.057

 

随着脱碳层的减少,含碳量的趋势图

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

通过以上数据,大家可以看到,对进厂钢板、角钢、圆钢中各元素检测时,随着脱碳层的减少,碳含量明显增加,当增加到一定程度后,碳含量趋于稳定,而其他元素并不受脱碳层深度的影响

 

防止或减轻脱碳的措施

 

 

加热介质

防止和减少氧化脱碳的措施

空气

1、工件埋入石英沙+铸铁屑装箱加热可防止氧化,在填加木炭可防止氧化脱碳。

2、工作表面涂防氧化脱碳涂料。

3、采用不锈钢包装密封加热。

4、采用密封罐抽真空或抽真空后通保护气氛。

5、采用感应加热、激光加热等快速加热可防止或减少氧化。

火焰炉燃烧产物

1、调节燃烧比,使炉气带还原性。

2、利用燃烧产物净化后通入罐内作保护气。

保护气氛

1、采用一定纯度的惰性气体保护可防止氧化,若防脱碳则应使用深度净化惰性气体,使O210×10-6,露点<-50

 


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