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脱碳
鎖定
- 中文名
- 脱碳
- 外文名
- decarbonization
- 方 法
- 物理吸收法 化學吸收法
- 釋 義
- 鋼加熱時表面碳含量降低的現象
脱碳過程
脱碳
(1)物理吸收法最早採用加壓水脱除二氧化碳,經過減壓將水再生。此法設備簡單,但脱除二氧化碳淨化度差,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,與加壓水脱碳法相比,它們具有淨化度高、能耗低、回收二氧化碳純度高等優點,而且還可選擇性地脱除硫化氫,是工業上廣泛採用的脱碳方法。
K2CO3+CO2+H2O=2KHCO3
表5—9以碳酸鉀為吸收劑的主要脱碳方法
方法名稱 | 活化劑 | 緩蝕劑 |
改良砷鹼法(溶液有毒) 氨基乙酸法 改良熱鹼法 催化熱鹼法 | 三氧化二砷 氨基乙酸 二乙醇胺 二乙醇胺—硼酸 | 三氧化二砷 五氧化二釩 五氧化二釩 五氧化二釩 |
其化學方程式如下;
2Fe3C+O2=6Fe+2CO
Fe3C+2H2=3Fe+CH4
Fe3C+H2O=3Fe+CO+H2
Fe3C+CO2=3Fe+2CO
脱碳是擴散作用的結果,脱碳時一方面是氧向鋼內擴散;另一方面鋼中的碳向外擴散。從最後的結果看,脱碳層只在脱碳速度超過氧化速度時才能形成。當氧化速度很大時,可以不發生明顯的脱碳現象,即脱碳層產生後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,可以形成較深的脱碳層。
變壓器硅鋼片要求含碳量儘量低,除在冶煉上應加以控制外,在鍛軋加熱時還應利用脱碳現象,使碳含量進一步下降,從而獲得容易磁化的性能。但對大多數鋼來説,脱碳會使其性能變壞,故均視為缺陷。特別是高碳工具鋼、軸承鋼、高速鋼及彈簧鋼,脱碳更是一種嚴重的缺陷。
鋼的脱碳層包括全脱碳層和部分脱碳層(過渡層)兩部分。部分脱碳層是指在全脱碳層之後到鋼含碳量正常的組織處。在脱碳不嚴重的情況下,有時僅看到部分脱碳層而沒有全脱碳層。
關於脱碳層深度可根據脱碳成分、組織及性能的變化,採用多種方法測定。例如逐層取樣化學分析鋼的含碳量,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。實際生產中以金相法測定鋼的脱碳層最為普遍。
脱碳影響分析
1.對鍛造和熱處理等工藝性能的影響
2.對零件性能的影響
對於需要淬火的鋼,脱碳使其表層的含碳量降低,淬火後不能發生馬氏體轉變,或轉變不完全,結果得不到所要求的硬度。
由於脱碳使鋼的疲勞強度降低,導致零件在使用中過早地發生疲勞損壞。
零件上不加工的部分(黑皮部分)脱碳層全部保留在零件上,這將使性能下降。而零件的加工面上脱碳層的深度如在機械加工餘量範圍內,可以在加工時切削掉;但如超過加工餘量範圍,脱碳層將部分保留下來,使性能下降。有時因為鍛造工藝不當,脱碳層局部堆積,機械加工時將不能完全去掉而保留在零件上,引起性能不均,嚴重時造成零件報廢。
脱碳影響因素
影響鋼脱碳的因素有鋼料的化學成分,加熱温度,保温時間和煤氣成分等。
鋼料的化學成分對脱碳的影響
鋼料的化學成分對脱碳有很大影響。鋼中含碳量愈高脱碳傾向愈大W、Al、Si、Co等元素都使鋼脱碳傾向增加;而 Cr、Mn等元素能阻止鋼脱碳。
加熱温度的影響
隨着加熱温度的提高,脱碳層的深度不斷增加。一般低於1000℃時,鋼表面的氧化皮阻礙碳的擴散,脱碳比氧化慢,但隨着温度升高,一方面氧化皮形成速度增加;另一方面氧化皮下碳的擴散速度也加快,此時氧化皮失去保護能力,達到某一温度後脱碳反而比氧化快。
保温時間和加熱次數的影響
爐內氣氛對脱碳的影響
在加熱過程中,由於燃料成分,燃燒條件及温度不同,使燃燒產物中含有不同的氣體,因而構成不同的爐內氣氛,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脱碳,其中脱碳能力最強的介質是H2O(汽),其次是CO2與O2,最後是H2;而有些氣氛則使鋼增碳,如 CO和 CH4。爐內空氣過剩係數α大小對脱碳也有重要的影響:當α過小時、燃燒產物中出現H2,在潮濕的氫氣內的脱碳速度隨着含水量的增加而增大。因此,在煤氣無氧化加熱爐中加熱,當爐氣中含H2O較多時,也要引起脱碳;當α過大時,由於形成的氧化皮多,阻礙着碳的擴散,故可減小脱碳層的深度。在中性介質中加熱時,可使脱碳最少。
脱碳對策
防止脱碳的對策主要有以下幾方面:
4)進行冷變形時儘可能地減少中間退火的次數及降低中間退火的温度,或者用軟化回火代替高温退火。進行中間退火或軟化回火時,加熱應在保護介質中進行;
5)高温加熱時,鋼的表面利用覆蓋物及塗料保護以防止氧化和脱碳;
6)正確的操作及增大工件的加工餘量,以使脱碳層在加工時能完全去掉。