[科普中國]-鋼的去氣

鋼的去氣是指在火法冶金中脫除溶解于熔融金屬中的氫和氮的過程。該實驗過程由測定者西韋特（A.Sievert）于1911年進行。

正文氫和氮可溶解于熔融金屬，如鋼液或合金中。鋼液中氮來自進入爐內的大氣，氫則來自冶金原材料的水分、澆鑄設備表面吸附的水分及大氣中的水蒸氣。
氣體在熔融金屬中的溶解度 1911年，西韋特（A.Sievert）測定了氫在熔融的銅、 鐵及鎳液中的溶解度，確定了氣體在熔融金屬中的溶解度服從平方根定律：
式中 【%H】為氫在熔融金屬中的溶解度（重量百分數(shù)）；為氫的分壓;為氫溶解反應的平衡常數(shù)。熔融金屬中氮也服從平方根定律（圖1）。對于鋼液中氫及氮的溶解度測定較多。鋼中合金元素對氫及氮的活度系數(shù)有不同的影響（圖2、圖3），因而影響其溶解度。

氫及氮在鋼液中存在的形態(tài)尚未確定。平方根規(guī)律僅僅說明，它們是以H或H、N或N存在,或是以與合金元素形成僅含一個氮或氫原子的化合物。
溶解于熔融金屬中的氫和氮對金屬材料的性能有重大不利影響。如氫在鋼中形成“白點”引起“氫脆”和應力腐蝕(見應力腐蝕斷裂和氫脆)，氮除對少數(shù)鋼種可起穩(wěn)定奧氏體的作用外(見過冷奧氏體轉變圖)，由于引起時效而對鋼的性能不利，對深沖鋼則特別不利。金屬凝固時溶解的氣體引起成分偏析或使鑄件產(chǎn)生氣孔（見金屬的凝固）。因此，在冶煉過程中除盡量減少金屬或合金吸收氣體外,對多數(shù)金屬或合金，特別是對鋼液,去氣是不可缺少的操作過程。
鋼液去氣 是靠煉鋼脫碳過程中碳－氧反應造成的沸騰現(xiàn)象，使溶解于鋼液中的氫和氮隨同一氧化碳氣泡排出1。氧氣頂吹轉爐中鋼液的激烈沸騰可使鋼液中氮含量降至0.002～0.004%。平爐鋼液中氮含量為 0.004～0.006%,氫含量為0.0003～0.0008%。電爐鋼還原期熔池沒有沸騰，而且爐氣中的氮和水蒸氣可以溶解于還原渣中，致使鋼液中氮和氫含量分別達到0.007～0.014%和0.0004～0.0007%。
爐外去氣 此法已在煉鋼生產(chǎn)中廣泛應用。①鋼液的爐外真空處理是有效的去氣方法。冶煉過程中溶解于鋼液中的氣體，在0.1～100托的真空條件下，急劇地逸出鋼液。經(jīng)真空處理的鋼液，氫含量可達0.0001%。②通過鋼包底部的多孔透氣磚或通過噴槍向鋼液通入氬氣，也能達到明顯的去氫效果和少量的去氮效果。
鋼液在真空條件下去氣過程服從下列規(guī)律：
式中、分別為鋼液中氣體初始含量及時的含量；為鋼液-氣相間界面積與鋼液體積比；為氣體在鋼液中的傳質系數(shù)；為時間。

注意事項鋼液經(jīng)去氣處理后，應注意盡量減少與潮濕大氣接觸的機會，否則氣體含量又會重新增高（見爐外精煉）。

相關研究通過Cr12Mo1V1類高碳高鉻鋼氧、氫、氮含量及殘鋁含量的大量爐號分析,并運用煉鋼熱力學平衡值進行計算,繪出在不同殘鋁含量情況下平衡氧和實測含量關系曲線圖2。

本詞條內容貢獻者為:

王寧 - 副教授 - 西南大學