氢以原子或离子形式溶于钢中, 形成间歇式固溶体, 氢会给钢
带来许多严重缺陷, 如白点和内部气泡等。 氢含量的增加, 使钢的
面收缩率 明 显 地 降 低, 使 钢 的 屈 服 点 消 失, 当 氢 含 量 达 6ppm
(1ppm=1×10-6) 时, 就足以使钢的塑性降至最低限。
H2O 和钢的反应。 实测表明, 即使是很干燥的空气 (PH
2O=
300~400Pa), 由 于 原 材 料 等 烘 烤 不 好, 炉 气 中 PH
2O 可 高 达
4053Pa。 炉气中的 H2O 与钢液发生如下反应:
H2O → [H]+[O]
[H]=KH
2O·
PH
2O
[O%] 在1600℃ 下, KH2O=1.26×10-3, 由
上式可见, 钢中氢含量随 [O] 含量降低而增加, 就是说已脱氧的
钢水比未脱氧的钢水更易吸氢。 另外, [H] 随 PH
2O的提高而增
1加。 由此可得出: 氧化性钢水 ([O%]=0.05), [H]=11.3ppm;
已脱氧钢水 ([O%] =0.002), [H] =56.4ppm。 图1-4表明了
1600℃下, 钢液中氢和氧之间的关系。
图1-4 冶炼时钢液中氢和氧的变化规律
由图1-4可见, 当气相中PH
2O增加时, 钢中含氢量明显提高。
钢中氢的来源。 有资料表明, 当钢中 [C] 含量小于0.5%时,
氢的溶解度与 [C] 含量成反比, 因此出钢中碳不能远小于0.5%、
且出钢温度高, 此时的钢具有很高的溶氢能力。 如果是雨季, 空气
的湿度较大, 另外各种入炉材料及脱氧合金化材料中都含有较多的
水分。 氢气和铁水之间的反应可以写为:
1/2H2 ?? H
钢中氢的活度aH 与分压 PH2的关系为:
aH=KPH21/2 (1-1)
式中, K 为平衡常数。 而a=fH [H%], fH 为 H 的活度系
数, 对于纯铁活度系数fH=1时, H=KPH
2
1/2
。
1温度对平衡常数的影响可用式(1-3) 表示:
lgK=-1670/T-1.68 (1-2)
当分压为105Pa时, 由式(1-1) 和式(1-2) 得1600℃下氢在纯铁中
的溶解度为0.0027%。 如分压降到100Pa真空去气时, 氢的平衡
含量为 0.000001%。 水 蒸 气 分 解 后, 氢 在 钢 液 中 的 溶 解 度 可 表
示为:
H2O=2[H]+[O]K=(a2[H]a[O] )/PH2O (1-3)
lgK=-10390/T+7.81
展开式(1-3) 得:
lga[H] =1/2lgK+1/2lgPH2O-1/2lga[O] (1-4)
在1600℃下, 氧量减少时氢含量增加, 可见钢液从潮气中吸
氢, 表现为明显的脱氧作用。