钢中气体的缘由和消除方式

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钢中除了含有各种合金元素及常规元素(碳、锰、硫、磷、硅等)外，还有微量气体(氢、氮和氧)及夹杂物。由于氧在炼钢中还与其他元素结合成各种类型的氧化物，存在于钢中成为非金属夹杂物，所以钢中的气体通常是指溶解在钢中的氢和氮，钢中氢和氮虽然含量不高，但对钢质量有极大的影响，往往是引起钢材报废的重要因素。

一、钢中气体的来源

钢中气体含量多少主要决定于气体在钢中的溶解度，而气体在钢中的溶解度又决定于炉气中它们的分压力，一般的情况，氮气在炼钢炉中的分压约为0.78大气压，而氢气的分压很小，只有5.3X10一，大气压。那么，为什么有时候钢中气体含量特别高呢?钢中氢气含量高，主要是由于炉气中水蒸气分压高的缘故，而水蒸气分压力又受到气候干湿、冶炼温度及炉料水份的影响而波动，所以溶解于钢中气体量多少与炉气的水蒸气和氮气分压、冶炼温度、炉渣性质等因素有关。

炉气中水蒸气分压主要来源于原材料的水份，特别是使用烘烤不良的石灰和多锈的炉料造成的。原材料中水份对钢中含氢量的影响，石灰中水分对钢中含氢量影响很大，而且石灰的吸水性很强，如果在还原期加人大量石灰，就必须使用新焙烧的石灰或烘烤的石灰，烘烤温度越高越好。还原期补加的铁合金也要求经充分烘烤后加人。在浇注过程中，钢液被空气氧化的同时也吸收氮气。

二、钢中气体对钢质量的影响

钢中气体含量是造成钢锭产生疏松、气泡、冒涨等缺陷的主要原因，有时钢中形成的小气孔和显微气孔在轧制过程中会重新焊合。而气体含量愈多，气泡愈大，就愈不易焊合。最终在轧制方向拉长呈小裂纹，降低了钢的机械性能，尤其是对横向机械性能影响更为突出。

钢中氢含量是产生白点的主要因素，由于白点的存在严重影响了钢材质量，降低钢材强度、冲击韧性等机械性能。在固体钢中氢以过饱和的形式存在时，将引起钢的机械性能的变化。大量实验表明，随着渗透氢时间的增加(钢中含氢量增加)，降低了抗张强度和冲击韧性，影响了断面收缩率，其中延伸率的降低特别严重。钢中由于含氢量增加使钢塑性恶化而造成的开裂称为“氢脆”。钢中氮含量的增加，使钢的强度略有增加，但延伸率却明显降低。所以对韧性有要求的钢材应严格控制钢中含氮量。氮在个别钢中，如在不锈钢中作为奥氏体化元素而代替部分镍，能提高钢的抗点腐蚀性和耐晶腐蚀性能，而且氮化物质点在晶粒和晶界弥散析出，提高钢的蠕变和持久强度，也能提高工具钢的红硬性。所以在不锈钢及工具钢中为了提高某方面性能，也可适量地加人氮。

总而言之，氢在钢中作为一种有害气体而加以排除，氮在大部分钢中也是作为有害气体存在。

三、钢中气体的去除

钢中气体的去除，应从原料、冶炼、浇注等每个环节加以控制。

1.炼钢过程中气体的去除

在实际生产中，木耙、打结炉衬使用的粘结剂(焦油、沥清、卤水)，浇注时使用的水玻璃等都是氢的主要来源。所以在冶炼对氢敏感的钢种时应减少使用以上材料的数量，并且强化脱气措施，甚至采用真空脱气措施。

钢中氢气的另一来源是石灰中的含水量。平炉或其他炉种采用的煤气、煤粉和油燃烧时产生的水蒸气，以及氧气中的水分也要控制在很低的范围。在还原的气氛下，H2O反应生成H:的量更大，利于氢气溶于渣或钢液中，所以缩短电炉还原期，可减少成品中的氢含量。用普通方法冶炼的钢，常采用脱碳反应作为去除手段。转炉、平炉、电炉操作中的脱碳对降低气体含量起着非常积极的作用。一般转炉、平炉的脱碳量很大，有较好的脱气效果。在脱碳量不大的电炉内要规定合适的脱碳值。同理，向钢液中吹Ar也可去除氢、氮。要求气体含量很低的钢种可采用真空方法处理，使氢、氮在反应界面增大、平衡分压小、激烈搅拌的条件下有效地去除。

2.出钢过程中气体的去除

出钢槽、盛钢桶、汤道砖等均需彻底烘干，没有潮气。由于钢流过大带进了气体，注温太高、钢液的流动性好、界面张力低等原因也易带气。但低注速会增大吸气量，为此应控制注温、注速，减小和防止带气量。有条件的工厂可采用真空处理及真空浇注，或采用保护浇注，如采用氨气保护或氮气保护浇注。新砌炉体含有大量的氢气，所以使用新砌炉衬炼第一炉或前几炉钢时，应特别注意做好去气工作，并尽量避免用新炉衬来冶炼高级优质钢。热加工后的钢材进行缓冷或退火使氢气扩散除去，是很关键的措施。