脱碳層

脱碳層(decarbonized zone)是指含碳耐火材料在高温使用中，表層受氧化性介質侵蝕，碳被氧化後形成的層帶。脱碳層的氣孔率比原磚顯著增大，故強度降低。

含碳耐火材料經熔渣侵蝕後，工作面常附有一層渣層，其成分主要由熔渣與被熔渣溶蝕或沖蝕下來的耐火材料構成。緊接着附渣層的是熔渣與脱碳後的耐火材料相互作用而形成的反應層在反應層內，相互作用生成的液相形成了連續簽質，耐火材料的晶粒或顆粒一般多呈蝕損狀態並被這些基質所包圍。反應層與原磚之間則為脱碳層。脱碳層一般都較薄，反應層則較厚些 ^[1]  。

脱碳是指鋼在加熱時表面碳含量降低的現象。就是鋼中碳在高温下與氧和氫等發生作用生成甲烷、氧、氫、二氧化碳、水使鋼脱碳，一、二氧化碳和甲烷可以使鋼增碳。一般情況下，鋼的氧化脱碳同時進行，當鋼表面氧化速度小於碳從內層向外層擴散速度時發生脱碳，反之，當氧化速度大於碳從內層向外層擴散的速度時發生氧化。因此氧化作用相對較弱的氧化氣氛中容易產生較深的脱碳層。

脱碳層由於被氧化，碳含量降低，金相組織中碳化物較少。脱碳層包括全脱碳和部分脱碳兩部分，全脱碳層顯微組織特徵為全部鐵素體，部分脱碳層是指全脱碳層的內邊界至鋼含碳量正常的組織處 ^[2]  。

脱碳包含部分脱碳、完全脱碳。完全脱碳指鋼樣表層碳含量水平低於碳在鐵素體中最大溶解度（只在鐵素體中存在）。

有效脱碳層深度：從產品表面到規定的碳含量或硬度水平的點的距離，規定的碳含量或硬度水平以不因脱碳而影響使用性能為準（如產品標準中規定的碳含量最小值）。

總脱碳層深度：從產品表面到碳含量等於基體碳含量的那一點距離，等於部分脱碳層和完全脱碳層之和。

鐵素體脱碳層深度：表面完全脱碳層的深度。（由顯微組織檢驗確定）測定方法。

通常採用金相法、硬度法、化學法或光譜分析法。試樣在供貨狀態下檢驗，不需要進一步熱處理。如經有關各方商定，則要從多方面注意防止碳的分佈狀態和質量分數的變化。如：採用小試樣、短的奧氏體化時間，中性的保護氣氛。

此方法是在光學顯微鏡下觀察試樣從表面到基體隨着碳含量的變化而產生的組織變化。此方法適用於具有退火或正火（鐵素體-珠光體）組織的鋼種，也可有條件的用於那些硬化、回火、軋製或鍛造狀態的產品。

1.試樣的選取和製備：

選取的試樣檢驗面應垂直於產品縱軸，如產品無縱軸，試樣檢驗面的選取應由有關各方商定。小試樣(如公稱直徑不大於25mm的圓鋼或邊長不大於20mm的方鋼)要檢測整個周邊。對大試樣（如公稱直徑大於25mm的圓鋼或邊長大於20mm的方鋼），為保證取樣的代表性，可截取試樣同一截面的一個或幾個部位，只要保證總檢測周長不小於35mm即可。但不要選取多邊形產品的稜角處或脱碳極深的點。---試樣一般按金相法進行研磨拋光，但試樣邊緣不允許有倒圓、卷邊，為此試樣可以鑲嵌或加持固定。可參考《金相試樣磨拋方法》。通常用1.5%-4%的硝酸酒精溶液或2%-5%的苦味酸酒精溶液浸蝕可顯示鋼的組織。

2.總脱碳層的測定：

一般來説，觀測到的組織差別，在亞共析鋼中是以鐵素體與其他組織組成物的相對量的變化來區別的；在共析鋼中是以碳化物含量相對基體的變化來區分的。對於硬化組織或者淬火回火組織，當碳含量變化引起組織顯著變化時，亦可用該方法進行測量。藉助於側為目鏡，或利用金相圖像分析系統觀察和定量測量從表面到其組織和基體組織已無區別的那一點距離。放大倍數的選擇取決於脱碳層深度。如果需方沒有特殊規定，由檢測者選擇。建議使用能觀測到整個脱碳層的最大倍數。一般採用100倍。當過度層和基體較難分辨時，可用更高放大倍數進行觀察，確定界限。

先在低放大倍數下進行初步觀測，保證四周脱碳變化在進一步檢測時都可發現，查明最深均勻脱碳區。脱碳層最深的點由試樣表面的初步檢測確定，不受表面缺陷和角效應的影響。對每一試樣，在最深的均勻脱碳區的一個顯微鏡視場內，應隨機進行幾次測量（至少需五次），取平均值作為總脱碳層深度。軸承鋼、工具鋼、彈簧鋼測量最深最深處的總脱碳層深度。如果產品標準或技術協議沒有特殊規定，在測量時試樣中脱碳層極深的那些點要排除掉（但在試驗記錄中應註明缺陷）。

3.完全脱碳層的測定：

（同上）有效脱碳層的測定：（同上，判定由產品標準或各方協議確定。）

1.顯微硬度測量法：

此方法是測量在試樣橫截面上沿垂直於表面方向上的顯微硬度值的分佈梯度（從試樣表面垂直的一條或多條平行線上測定維氏硬度。每兩相鄰壓痕中心的距離應不小於壓痕對角線的2.5倍，按直線方式進行逐點打壓測試）。這種方法只適用於脱碳層相當深但和淬火區厚度相比卻又很小的亞共析鋼、共析鋼和過共析鋼，這樣脱碳層完全在硬化區，避免淬火不完全引起的硬度波動。這種方法對低碳鋼不準確。

2.試樣的製備：

與上金相法相同，但試樣的浸蝕與否，以準確測定壓痕為準，並應小心防止過熱。

3.測定：

試驗力一般選擇（50-500克之間）。兩相鄰壓痕間的距離應為壓痕對角線長度的2.5倍。脱碳層深度規定為：從表面到已達到所要求硬度值的那一點的距離（要把測量的分散性估算在內）。原則上，至少要在相互距離儘可能遠的位置進行兩組測定，取其平均值做為脱碳層深度。

4.脱碳層深度測量界限：

a、由試樣邊緣測至產品標準或技術協議規定的硬度值處。b、由試樣邊緣測至硬度值平穩處。c、由試樣邊緣測至硬度值平穩出的某一百分數 ^[3]  。