一、為什么(me)要測試(shi)鋼鐵中氧、氮(dan)、氫含量(liang)：即(ji)氧、氮(dan)、氫對鋼鐵產品的危害或(huo)作(zuo)用。

　　1、氧的危害

　　氧(yang)(yang)(yang)(yang)和(he)(he)氫(qing)一樣，都會(hui)對鋼的(de)(de)(de)機械(xie)性(xing)(xing)能(neng)產(chan)生不(bu)良影響。不(bu)僅是(shi)氧(yang)(yang)(yang)(yang)的(de)(de)(de)濃度(du)，而且含(han)氧(yang)(yang)(yang)(yang)的(de)(de)(de)夾(jia)雜(za)物(wu)(wu)的(de)(de)(de)多少、類(lei)型及(ji)其分布等也有很重要(yao)的(de)(de)(de)影響。這類(lei)夾(jia)雜(za)物(wu)(wu)是(shi)指金(jin)屬氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)物(wu)(wu)、硅(gui)酸鹽、鋁酸鹽、含(han)氧(yang)(yang)(yang)(yang)硫化(hua)(hua)物(wu)(wu)以(yi)(yi)(yi)(yi)及(ji)類(lei)似的(de)(de)(de)夾(jia)雜(za)化(hua)(hua)合物(wu)(wu)。煉鋼需要(yao)脫(tuo)氧(yang)(yang)(yang)(yang)，因(yin)為凝(ning)固期間，溶液(ye)中(zhong)氧(yang)(yang)(yang)(yang)和(he)(he)碳(tan)反應會(hui)生成一氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)碳(tan)，可以(yi)(yi)(yi)(yi)造成氣泡。另(ling)外，冷(leng)卻(que)時氧(yang)(yang)(yang)(yang)可以(yi)(yi)(yi)(yi)作為FeO、MnO以(yi)(yi)(yi)(yi)及(ji)其他氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)夾(jia)雜(za)物(wu)(wu)從溶液(ye)中(zhong)析(xi)出，從而削弱其熱加(jia)工(gong)或冷(leng)加(jia)工(gong)性(xing)(xing)，以(yi)(yi)(yi)(yi)及(ji)延展(zhan)性(xing)(xing)、韌(ren)性(xing)(xing)、疲勞強度(du)和(he)(he)鋼的(de)(de)(de)械(xie)加(jia)工(gong)性(xing)(xing)能(neng)。氧(yang)(yang)(yang)(yang)與(yu)氮和(he)(he)碳(tan)還(huan)能(neng)引起老(lao)化(hua)(hua)或者硬度(du)在室溫(wen)下自(zi)發(fa)的(de)(de)(de)增(zeng)加(jia)。對于鑄鐵，當(dang)鑄塊正凝(ning)固時，氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)物(wu)(wu)與(yu)碳(tan)可以(yi)(yi)(yi)(yi)發(fa)生反應，因(yin)此造成產(chan)品(pin)的(de)(de)(de)孔(kong)隙和(he)(he)產(chan)品(pin)的(de)(de)(de)脆化(hua)(hua)。

　　2、氮的危害或作用

　　氮不能一概而(er)論的(de)(de)歸結為(wei)(wei)有害氣體元素(su)，因為(wei)(wei)有些特種(zhong)鋼(gang)(gang)是有目(mu)的(de)(de)的(de)(de)加入氮。所有的(de)(de)鋼(gang)(gang)均含有氮，其存在(zai)量(liang)取決于鋼(gang)(gang)的(de)(de)生產方法(fa)，合金(jin)元素(su)的(de)(de)種(zhong)類、數量(liang)及(ji)其加入方式，鋼(gang)(gang)的(de)(de)澆鑄方法(fa)，以及(ji)是否有目(mu)的(de)(de)的(de)(de)加入氮。有些牌(pai)號的(de)(de)不銹鋼(gang)(gang)，適(shi)當增加N的(de)(de)含量(liang)，可以減少Cr的(de)(de)使(shi)用量(liang)，Cr相對很(hen)貴，此方法(fa)可以有效降低(di)成(cheng)本。鋼(gang)(gang)鐵中的(de)(de)氮大部分(fen)是呈金(jin)屬(shu)氮化(hua)物的(de)(de)形態。例如(ru)：在(zai)存放一些時間(jian)后，鋼(gang)(gang)發(fa)生應(ying)變時效，就不能被(bei)深沖(chong)加工(gong)(比如(ru)深沖(chong)加工(gong)為(wei)(wei)汽車保護板(ban))，因為(wei)(wei)鋼(gang)(gang)會出現撕裂，不能沿各(ge)個(ge)方向被(bei)均勻(yun)地拉伸。這(zhe)是由于晶粒(li)大以及(ji)Fe4N沉積在(zai)晶粒(li)界面(mian)上造成(cheng)的(de)(de)。

　　再如：在(zai)不(bu)銹鋼(gang)中，晶粒界面上形成氮(dan)化(hua)鉻(Cr2N)會(hui)耗盡界面上含有的鉻，并引起

　　所(suo)謂的(de)粒(li)間腐蝕(shi)現象。加入(ru)鈦(tai)，優先形成氮化鈦(tai)，就能(neng)防止這種(zhong)有(you)害的(de)影響。

　　3、氫的危害

　　當鋼(gang)中(zhong)(zhong)氫(qing)含(han)量(liang)(liang)大(da)(da)(da)于2ppm時(shi)，氫(qing)在(zai)(zai)所謂“鱗(lin)片(pian)剝落(luo)”現象(xiang)中(zhong)(zhong)起(qi)重要(yao)作用。在(zai)(zai)滾軋和(he)鍛造(zao)(zao) 后的冷卻過程中(zhong)(zhong)出(chu)現內(nei)裂(lie)和(he)斷裂(lie)現象(xiang)時(shi)，這(zhe)(zhe)種(zhong)(zhong)剝落(luo)現象(xiang)一般更(geng)加明(ming)顯，而(er)且在(zai)(zai)大(da)(da)(da)的斷面或(huo)者高(gao)碳鋼(gang)中(zhong)(zhong)更(geng)經(jing)常(chang)發(fa)現這(zhe)(zhe)種(zhong)(zhong)現象(xiang)。由于內(nei)應(ying)力的存在(zai)(zai)，這(zhe)(zhe)種(zhong)(zhong)缺(que)陷會造(zao)(zao)成(cheng)發(fa)動(dong)機使用過程中(zhong)(zhong)大(da)(da)(da)轉子發(fa)生崩裂(lie)。鑄(zhu)鐵(tie)中(zhong)(zhong)氫(qing)大(da)(da)(da)于2ppm時(shi)，容(rong)易出(chu)現孔(kong)隙或(huo)一般的多孔(kong)性，這(zhe)(zhe)種(zhong)(zhong)氫(qing)造(zao)(zao)成(cheng)的多孔(kong)性將造(zao)(zao)成(cheng)鐵(tie)的脆化(hua)。“氫(qing)脆”主要(yao)出(chu)現在(zai)(zai)馬氏體鋼(gang)中(zhong)(zhong)，在(zai)(zai)鐵(tie)氧體鋼(gang)中(zhong)(zhong)不十分(fen)突(tu)出(chu)，而(er)在(zai)(zai)奧氏體鋼(gang)中(zhong)(zhong)實際上尚(shang)不清(qing)楚。另外，氫(qing)脆一般與硬(ying)度和(he)含(han)碳量(liang)(liang)一起(qi)增加。

　　二、鋼鐵中(zhong)氧(yang)氮氫的存(cun)在形式

　　1、氧的存在形式

　　氧(yang)是以化合(he)態和游離態共存的(de)，一般(ban)游離態很少，主要是以Fe2O3、Fe3O4、FeO以及(ji)金屬氧(yang)化物(wu)(wu)夾雜、硅(gui)酸鹽、鋁酸鹽、含(han)(han)氧(yang)硫化物(wu)(wu)以及(ji)類似的(de)夾雜化合(he)物(wu)(wu)的(de)形式(shi)存在，儀器(qi)測試總(zong)氧(yang)含(han)(han)量(liang)，一般(ban)用(yong)T[O]表示。

　　2、氮的存在形式

　　鋼中(zhong)一(yi)部分(fen)氮(dan)(dan)是(shi)呈金(jin)屬氮(dan)(dan)化(hua)物或者(zhe)(zhe)碳氮(dan)(dan)化(hua)物的(de)(de)形(xing)態;如今特種合金(jin)鋼中(zhong)所(suo)加(jia)入的(de)(de)大多數(shu)元(yuan)素(su)，在(zai)適(shi)當條(tiao)件下能(neng)形(xing)成氮(dan)(dan)化(hua)物。這些(xie)元(yuan)素(su)包括(kuo)錳、鋁、硼(peng)、鉻(ge)、釩、鉬、鈦(tai)、鎢、鈮(ni)、鉭(tan)、鋯(gao)、硅(gui)和(he)稀土(tu)等。考慮到許多氮(dan)(dan)化(hua)物形(xing)成元(yuan)素(su)具(ju)有幾種簡單的(de)(de)或者(zhe)(zhe)復雜(za)的(de)(de)氮(dan)(dan)化(hua)物，此(ci)時鋼中(zhong)可(ke)能(neng)會形(xing)成多達70多種氮(dan)(dan)化(hua)物。另一(yi)部分(fen)的(de)(de)氮(dan)(dan)是(shi)以氮(dan)(dan)原(yuan)子(zi)的(de)(de)形(xing)式(shi)固溶在(zai)鋼中(zhong)。極少數(shu)情況下，氮(dan)(dan)以分(fen)子(zi)形(xing)式(shi)夾(jia)雜(za)于氣泡中(zhong)或者(zhe)(zhe)吸(xi)附在(zai)鋼的(de)(de)表(biao)面。

　　3、氫(qing)的(de)存在形式

　　鋼中氫(qing)(qing)是以氫(qing)(qing)原子(zi)(zi)的形(xing)式(shi)存在的，在高溫(wen)時，兩個氫(qing)(qing)原子(zi)(zi)很(hen)容易(yi)就形(xing)成(cheng)一個氫(qing)(qing)分子(zi)(zi)。氫(qing)(qing)原子(zi)(zi)很(hen)活(huo)潑，自然放置(zhi)狀態就會形(xing)成(cheng)氫(qing)(qing)分子(zi)(zi)緩慢釋放。

　　三、鋼(gang)鐵(tie)中氧氮氫(qing)的來源

　　1、氧的來源

　　氧(yang)在(zai)(zai)各種煉(lian)(lian)鋼(gang)(gang)爐冶(ye)煉(lian)(lian)終點時都以一定(ding)量存在(zai)(zai)鋼(gang)(gang)水(shui)中，氧(yang)是(shi)生產過程(cheng)中供給的(de)(de)，因為煉(lian)(lian)鋼(gang)(gang)過程(cheng)中首先是(shi)氧(yang)化過程(cheng),脫(tuo)(tuo)[P]、脫(tuo)(tuo)[S]、脫(tuo)(tuo)[Si]、脫(tuo)(tuo)[C]都需要向鐵(tie)水(shui)供氧(yang)。但隨著煉(lian)(lian)鋼(gang)(gang)過程(cheng)的(de)(de)進行，盡(jin)管工藝千變萬化，可是(shi)煉(lian)(lian)鋼(gang)(gang)爐內熔池中鋼(gang)(gang)液(ye)的(de)(de)[C]、[O]的(de)(de)關系卻(que)有共同的(de)(de)規律性。即隨著[C]的(de)(de)逐步(bu)降低， [O]卻(que)在(zai)(zai)逐步(bu)增高，[C]和(he)[O]有著相互對應的(de)(de)平衡關系。

　　2、氮的來源

　　氮氣在(zai)爐(lu)氣中(zhong)的分壓力(li)很(hen)高，大(da)氣中(zhong)氮的分壓力(li)大(da)體(ti)保持在(zai)7.8Χ10^4Pa

　　，因此(ci)鋼中(zhong)(zhong)的(de)氮(dan)(dan)主要(yao)是鋼水(shui)裸(luo)露過程中(zhong)(zhong)吸入并溶解的(de)。電爐(lu)煉鋼，包(bao)括二次精(jing)煉的(de)電弧加熱，加速(su)了(le)氣體(ti)的(de)解離，故[N]含量(liang)偏高;平(ping)爐(lu)冶煉時間長增加了(le)氮(dan)(dan)含量(liang);轉爐(lu)復吹控制(zhi)不(bu)當，氮(dan)(dan)氬(ya)切(qie)換不(bu)及時也會增加氮(dan)(dan)的(de)含量(liang);鐵(tie)(tie)合(he)金、廢(fei)鋼鐵(tie)(tie)和渣料中(zhong)(zhong)的(de)氮(dan)(dan)也會隨爐(lu)料帶入鋼水(shui)。

　　3、氫的來源

　　氫(qing)氣在(zai)爐(lu)氣中(zhong)的(de)(de)(de)(de)分(fen)壓力(li)很低，大氣中(zhong)氫(qing)的(de)(de)(de)(de)分(fen)壓力(li)為0.053Pa。因(yin)此(ci)鋼(gang)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)氫(qing)主要由爐(lu)氣中(zhong)的(de)(de)(de)(de)水(shui)蒸汽(qi)的(de)(de)(de)(de)分(fen)壓力(li)來決(jue)定(ding)的(de)(de)(de)(de)。氫(qing)進(jin)入(ru)鋼(gang)液的(de)(de)(de)(de)主要途(tu)徑是：通過(guo)廢鋼(gang)表(biao)面的(de)(de)(de)(de)鐵銹(xiu)(xFeO•yFe3O4•2H2O);鐵合金中(zhong)的(de)(de)(de)(de)氫(qing)氣;增碳劑(ji)、脫氧劑(ji)、覆蓋劑(ji)、保(bao)溫劑(ji)、遭渣劑(ji)(Ca(OH)2)、瀝(li)青和焦油中(zhong)的(de)(de)(de)(de)水(shui)份;未烤干的(de)(de)(de)(de)鋼(gang)包、中(zhong)間包、中(zhong)注(zhu)管;鋼(gang)錠模的(de)(de)(de)(de)噴(pen)涂料;結晶器(qi)滲水(shui)以(yi)及大氣中(zhong)的(de)(de)(de)(de)水(shui)份與鋼(gang)水(shui)或(huo)爐(lu)渣作(zuo)用而進(jin)入(ru)鋼(gang)中(zhong)。