材料热处理的加热_钢在H2-H2O气氛中的氧化和脱碳


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  水蒸气在高温下对钢有氧化和脱碳作用。而氢是一种还原性气体,在高温下可使钢表面的氧化物还原。钢在H2 -H20气氛中加热时的氧化反应如下:  
  Fe+ H20 =Fe0+H2 (2.4-12)  
  3Fe0+H20=Fe3O4+心 (2.4-13)  
  3Fe+ 4H2O=Fe3O4+4H2 (2.4-14)  
  反应式(2.4-12)、式(2.4-13)是在570℃以上进行的,在570℃以下主要发生式(2.4-14)反应。这些反应是可逆的,因而也是可以控制的。反应发展的方向取决于反应温度下的H2O/H2气体平衡常数。图2.4-42所示为铁在H2一H2O气氛中加热时的氧化还原平衡状态图。  
 
图2.4-42

图2.4-43

图2.4-43图2.4-43所示为钢在H2O-H2O-CO气氛中加热脱碳与增碳平衡状态图

 
  H2-H2O气体在高温下会引起钢的脱碳,其反应如下:
 
  C(γ-Fe)+H2O=CO+H2O (2.4-15)  
  Fe3C+H2O=3Fe+CO+H2O (2.4-16)  
  水蒸气对钢的脱碳反应产物中有一氧化碳,这些反应又是可逆的,因此在H2-H2O气氛中添加CO可使反应向相反方向进行,即达到增碳效果。图2.4-43所示为钢在H2O-H2O-CO气氛中加热脱碳与增碳平衡状态图。
 
  图2.4-44为纯铁在水蒸气中于不同温度下的氧化增重与时间的关系。水蒸气对铁的氧化速度比氧、空气、二氧化碳等气体大。纯铁在lOOO℃予各种气体中加热时,FeO深度与时间的关系示于图2,4-45。  
 
图2.4-44
图2.4-45
 
  图2.4-46为含w(C)0,85%钢在水蒸气中加热1h的氧化脱碳层深度随温度的变化。由此可知,在750℃以下钢在水蒸气中几乎不脱碳,但在800℃以上脱碳层显著增加。钢在水蒸气、空气和二氧化碳中加热时的氧化速度依此排列逐步减小,而脱碳速度的顺序则正好相反。但三种气体的脱碳速度都比氧化速度大。  
 
图2.4-46
图2.4-47
 
  氢对钢有脱碳作用。脱碳程度取决于炉温、含水量、在高温下的保持时间以及钢的碳含量。干燥氢的脱碳作用很小,因为纯氢在高温下对钢脱碳速度很慢。随氢中含水量的增加,脱碳作用显著增加(见图2.4-47)。  
 
图2.4-28
图2.4-49
 
  氢对钢的加热脱碳作用随温度升高而加剧。特别是在700℃以上,脱碳效应剧烈增加(见图2.4-48)。w(C)1.08%碳钢在H2 -H20气氛中于1000℃加热20h的脱碳情况示于图2.4-49。  
  40钢在850℃于H2-H20-N2气氛中的脱碳层深度和气氛中含水量的关系示图2.4-50。在80℃脱碳层深度随时间的变化见图2.4-51。  
 
图2.4-50
图2.4-51
 
     
   
     
 
 
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