第11篇氧化脱碳之脱碳

1、氧化和脱碳犹如一对孪生兄弟，昨天分享了氧化那么今天继续说脱碳。请思考有氧化就一定会有脱碳吗？那么钢在加热的时候什么情况下表现为氧化什么情况下又表现为脱碳呢？什么时候又同时发生呢？脱碳decarburization的实质：脱碳是指钢材在加热时表层碳含量降低得现象。脱碳的过程是钢种的碳在高温下与氧，氢气等发生化学反应生产甲烷和CO的过程。这些反应是可逆的即氢，氧，二氧化碳可使钢脱碳而CH4和CO可使钢增碳。脱碳也是扩散作用的结果，脱碳时一方面氧向钢内扩散，另一方面钢中的碳向外扩散。从最后结果来看，脱碳只有在脱碳速度超过氧化速度才能形成。当氧化速度很大时，不发生明显的脱碳现象。即脱碳层产生后被氧化成

2、氧化铁皮。因此在氧化作用相对较弱的气氛中会形成较深的脱碳层。脱碳层的特征：脱碳由于碳被氧化反应在：化学成分上含碳量较正常组织低；金相组织上渗碳体的数量较正常组织少；机械性能上其强度和硬度较正常组织低。钢的脱碳层深度：钢的脱碳层深度包括全脱碳层和部分脱碳层（过渡层）两个部分，部分脱碳层是指全脱碳层之后到正常组织的部分。其检验按照国家标准GB/T224-2008钢的脱碳层深度测定法适用于检验原材料及其机械零部件成品脱碳层深度的测量。脱碳层深度测定可分为金相法、硬度法和化学分析法三种。脱碳对钢的性能影响：1.对锻造和热处理工艺性能的影响：1)2Cr13不锈钢加热温度过高，保温时间过长时能使铁素体在表

3、面过早的形成，使锻件表面的塑性大大降低，模锻时容易开裂。2）奥氏体锰钢脱碳后，表层将得不到均匀的奥氏体组织，这不仅使 冷变形时的强化达不到要求，而且影响耐磨性，还可能由于变形不均匀产生裂纹。3）钢的表面脱碳后，由于表层与心部组织不同线膨胀系数不同，因此淬火时所发生的不同组织转变及体积变化将引起很大的内应力，同时表层经脱碳后强度下降，甚至在淬火过程中 有时使零件表面产生裂纹。2.对零件性能的影响对于需要淬火的钢，脱碳使其表层的含碳量降低，淬火后不能发生马氏体转变或转变不完全，结果得不到要求的硬度。轴承钢表面脱碳后会形成淬火软点，使用时易发生接触疲劳损坏，高速工具钢表面脱碳会使红硬性下降。零件上不

4、加工的部分（黑皮部分）脱碳层全部保留在零件上，这将使性能下降。而零件的加工面上脱碳层的深度如在机械加工余量范围内，可以在加工时切削掉，但如果超过加工余量范围，脱碳层将部分保留下来，使性能下降。有时因为锻造工艺不当，脱碳层局部堆积，机械加工时将不能完全去掉而保留在零件上，引起性能不均，严重时造成零件报废。影响脱碳的因素：（1） 炉气成分 在炉气成分中，脱碳能力最强的是H2O（汽），其次是O2、CO2，H2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。（2） 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7001000的高温下，由于表面氧化皮阻碍碳的扩散，脱碳的速度比

5、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11001200温度时，会产生强烈的脱碳现象。（3） 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。（4）化学成分 钢的含碳量越高，脱碳倾向越大。W、Al，Si，Co等元素使钢脱碳增加；Cr等元素则能阻止钢的脱碳。防止脱碳的措施：1） 工件加热时，尽可能的降低加热温度及在高温下的停留时间，合理的选择加热速度，以缩短加热的总时间。2） 造成及控制适当的加热气氛，使之呈现中性或采用保护气氛加热，为此可采用特殊设计的加热炉，在脱氧良好的盐浴炉中加热，要比普通箱式炉中加热的脱碳倾向为小。3） 热压力加工过程中，如果因为一些偶然因素使生产中断，应降低炉温，以待生产恢复，如停断时间很长，则应将坯料从炉内取出或随炉降温。4） 进行冷变形成形时，尽可能减少中间退火次数及降低中间退火温度，或者用软化退火代替高温退火，进行中间退火或