钢中氢的危害及去除

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底吹转炉钢中氢气的吹入与去除方案

底吹转炉钢中氢气的吹入与去除方案钢铁生产过程中，底吹转炉是一种常见的冶炼设备，通过底部吹气的方式，在高温下进行冶炼反应，生产出优质的钢材。

然而，底吹转炉钢中可能存在氢气，这对钢的质量和性能产生不利影响。

因此，合理的氢气吹入与去除方案对于提高钢材的质量至关重要。

首先，我们来探讨氢气的吹入方案。

氢气在底吹转炉炼钢过程中的吹入可以通过以下几个方面进行优化。

首先，控制底吹氧气量。

底吹转炉吹氧气是主要的冶炼手段，而氧气和氢气之间存在竞争反应。

过大的底吹氧气量会加速氢气的氧化速度，导致氢气转化为水蒸气而逸出炉外。

因此，合理调整底吹氧气量，控制氧气的浓度，有利于减少氢气的损失。

其次，增加吹氩量。

氢气在钢中溶解度较低，通过增加吹氩量，可以有效促进氢气在钢中的溶解。

同时，氩气还具有稀释效应，可以将局部高浓度的氢气稀释，降低其对钢的影响。

通过合理调整吹氩量，可以达到有效控制氢气含量的目的。

此外，调整底吹角度也是一个关键的因素。

底吹角度的改变会导致气液两相的流动方式发生变化，从而影响氢气的吹入和分布。

选择合适的底吹角度，可以将氢气均匀地吹入钢中，充分利用氢气的溶解和反应作用。

然而，在进行氢气吹入的同时，也需要与去除方案相结合，以尽量降低钢中氢气的含量。

首先，采用适当的冶炼工艺。

冶炼工艺是影响钢中氢气含量的重要因素之一。

在冶炼过程中，可以通过合理调整温度、浸渍时间和吹气速度等参数，降低氢气的溶解度和扩散速率。

此外，在进料和排渣过程中也应注意控制氢气的损失。

其次，采用适当的除气方法。

除气是去除钢中气体的常用手段。

传统的除气方式包括真空除气和气体吹扫等。

对于底吹转炉钢中的氢气去除，真空除气是一种有效的方法。

通过在冶炼过程中建立真空环境，可以有效地去除大部分的氢气。

此外，还可以采用高温脱气等技术对钢中残留的氢气进行进一步去除。

此外，合理的联合布局也可以提高氢气的去除效果。

通过将多个转炉进行串联，可将氢气的去除效果提升到更高的水平。

除氢和钝化处理

除氢和钝化处理 The document was finally revised on 2021除氢处理除氢处理，也称去氢处理，一般对电镀前后必须进行工序，特别是对高强度高硬度的零件在电镀工艺中。

基本信息降低氢脆的影响降低到最低限度?氢脆的原理与预防零件镀锌过程中，除锌的电沉积外，往往伴随有氢离子还原析氢的副反应。

氢还原一部分变成气体逸出，还有一部分以氢的原子形态渗入到镀层和基体金属晶格的点阵中去，造成晶格歪扭，零件内应力增加，镀层和基体变脆，人们称之为氢脆。

氢脆对材料的力学性能危害很大，如不除去，会影响零件的寿命，甚至造成机器的破坏事故。

因此某些钢材或用于特殊条件下的零件，必须进行除氢处理，例如飞机上使用的镀锌件都要经过除氢处理。

弹性零件和高强度钢上镀锌也需要进行除氢。

除氢采用加热处理法将氢从零件内部赶出去。

除氢效果与除氢温度、保温时间有关。

温度高，时间长除氢越彻底。

但加热温度不能太高，超过250℃锌结晶组织变形、发脆，耐蚀性明显下降。

一般用l90℃~230℃，2h~3h。

渗碳件和锡焊件除氢温度是140℃~l60℃，保温3h。

在任何电镀溶液中,由于水分子的离解,总或多或少地存在一定数量的氢离子。

因此,电镀过程中,在阴极析出金属(主反应)的同时,伴有氢气的析出(副反应)。

析氢的影响是多方面的,其中最主要的是氢脆。

氢脆是表面处理中最严重的质量隐患之一,析氢严重的零件在使用过程中就可能断裂,造成严重的事故。

表面处理技术人员必须掌握避免和消除氢脆的技术,氢脆的影响降低到最低限度。

氢脆氢脆通常表现为应力作用下的延迟断裂现象。

曾经出现过汽车弹簧、垫圈、螺钉、片簧等镀锌件,在装配之后数小时内陆续发生断裂,断裂比例达40%~50%。

某特种产品镀镉件在使用过程中曾出现过批量裂纹断裂,曾组织过全国性攻关,制订严格的去氢工艺。

另外,有一些氢脆并不表现为延迟断裂现象,例如:电镀挂具(钢丝、铜丝)由于经多次电镀和酸洗退镀,渗氢较严重,在使用中经常出现一折便发生脆断的现象;猎枪精锻用的芯棒,经多次镀铬之后,堕地断裂;有的淬火零件(内应力大)在酸洗时便产生裂纹。

浅谈钢中氢的危害和防止措施

Ａｂｓｒｃ：ｙｍｅｎｓｏｒｒａａｙｉｆｑｌｔｒｂｅ，ｈｒｏｙｒｇｎｔｔｅｒｄｔａｄｄｉｅｅｔｃａａｔｒｓｉｓｔａｔＢａｆｆｍｅｎｌｓｓｏｕａｉｐｏｌｍｏｙａｍｆｈｄｏｅｏｓｅｌｐｏｕｃｎｆｒｎｈｒｃｅｉｔｃｆ
圆点，２为典型的开放型气孔截面形貌。图
钢中自点从发现这种缺陷到现在已有９０多年了，但对其形成机理仍不十分清楚。目前，较为普
遍的观点是，白点的产生与钢中的氢有关，即在由奥
性能；破坏钢材的连续性，钢材易于脆断；使由于白
点严重破坏了金属基本的连续性，且又有成群出而
现的特点，一个炉号的钢中有白点存在时，用该炉号钢锭锻造的大多数工件都有，通常是全炉报废，对钢材危害极大，因此又把白点称为钢材的癌症。
增大，气泡有向薄弱处或者表面移动的趋势。气泡
２１年第４期００
南钢科技与管理
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内壁呈现涟漪状，无氧化，也不会出现脱碳现象。这是由于气泡形成于凝固过程中，内壁与外界空气隔绝所致（如图１所示）。即使气泡上浮的速度大于钢水凝固的速度，有时也会产生气孔，因为在结晶器壁钢水弯月面处，气体排除仍然困难，种情况下产生这的气孔大多为开放型。此类气孔截面呈冰糖葫芦
关键词：气泡气孔白点延迟裂纹氢
ＤｉｃｓｏｎＨａｍｆＨｙｏｅｏＳｅｌａｄＰｒｖｎｔｖｅｓｒｓｓｕｓｉｎｏｒｏｄｒｇｎｔｔｅｎｅｅｉｅＭａｕｅ

氢对钢的危害

氢对钢的危害
氢在固态钢中溶解度很小，所以钢水在凝固和冷却过程中，氢会和CO、N2等气体一起析出，形成皮下气泡、形成中心缩孔、疏松。

实际上，钢在冷却过程中氢还会扩散析出，由于在固态钢中扩散速度很慢，只有很少量扩散到连铸坯(或钢锭)表面，多数是扩散到显微孔隙中、或夹杂物的附近、或晶界上的小孔中，形成氢分子。

由于氢分子不断地在析出的地方聚集，低温下KH值很小，pH2却很大，引起钢的内应力。

这种内应力再加上组织应力、热应力、变形应力等的总和，超过了钢的强度极限，就会破裂形成裂纹。

由于上述原因，氢会引起钢材的如下缺陷：
(1)发裂。

钢在热加工过程中，钢中的含有氢气的气孔会沿加工方向被拉长形成发裂，进而引起钢材的强度、塑性、冲击韧性降低，这称之为“氢脆”。

氢脆对钢材的横向性能影响尤为突出。

(2)白点。

在钢材横向断口上，白点表现为放射状或不规则排列的锯齿形小裂缝；在纵向断口上，有圆形或椭圆形的银白色斑点，因此得名为“白点”。

实际上白点是极细小的裂纹。

(3)层状断口。

由于有些钢中晶体结构的特点，使氢分子容易在树枝晶或变形晶体边界上聚集，由此引起内应力，导致晶间拉力的减弱，从而降低了钢材横向的塑性、冲击韧性，此时在钢材的断口呈针状叠层结构，称做层状断口。

钢的树枝晶越发达，越
容易形成层状断口缺陷。

含有铬镍或铬镍钼的合金钢比碳素钢的层状断口要严重。

炼钢过程中气体和夹杂物的冶金控制

1.降低钢的塑性一般来说，钢的塑性随其含氢量的增加而降低，但降低的程度一方面取决于钢的成分和结构，另一方面则与加荷速度、试验温度等试验条件有关。 2，使钢产生氢脆氢脆属于应变时效型脆性，亦称滞后破坏，表现为数情况下沿晶界断裂。
一般来讲，（H）（N）在钢中的溶解度随温度下降而变小，在转变温度和熔点处跳跃式地变化。图4-1是一个大气压下，两种气体在钢中的溶解度随温度变化的曲线。
二、钢中氢的行为及去除 (一)钢中氢的来源钢中的氢主要来源于炼钢原料、耐火材料和炉气中的水分。当高温钢液与含有大量水蒸气的炉气相接触时，水蒸气在高温作用下分解并被钢液吸收，使钢液中氢、氧含量同时增加，其分解反应如下式所示 H2O(g)=2〔H〕+〔O〕根据上式，可得出 ω(H)=√KH2PH2O/ωO
(二)氢对钢质量的影响氢的原子半径小(0.053nm)，进入钢中后，相当容易移动。由于氢在铁中移动的激活能只为碳在铁中移动激活能的1/10，以致钢中的氢容易在应力(主要指外加应力、残余应力、原子之间相互作用力等)作用下，向钢中一些危险区域扩散，以不同形式危害钢的性能。钢中氢的危害主要表现在以下几个方面:
Triano在1955年提出的应变时效型氢脆的解释，目前已为较多的人所接受，其概念如下:含氢试样受载后，在其缺口尖端处产生应力集中。氢原子在应力作用下向这里扩散聚集，使缺口尖端处的位错周围形成柯氏气团，对位错产生钉扎作用，导致位错难以运动，表现为缺口尖端处被局部硬化。在外加应力作用下，如果试样缺口尖端处的基体不能通过位错运动产生局部塑性变形而使应力集中松弛的话，此处就会萌生裂纹并由此扩展长大。
尔后，当裂纹尖端扩展到贫氢区后，由于贫氢区的位错在应力作用下易于运动，所以裂纹尖端的基体可以通过塑性变形使应力集中有所松弛，此时裂纹停止长大。一旦氢原子在应力作用下又扩散聚集到裂纹尖端时，此处位错又被钉扎，应力集中加剧，以致裂纹又开始扩展长大……如此循环下去，裂纹不断扩展，到一定程度后试样突然脆断。

氢脆原因机理及常见控制手段

一、氢脆产生的机理因热处理、机加工、电镀、电焊、酸洗、磷化、材料腐蚀等因素导致氢原子渗入钢和其他金属如铝、钛合金中，由于在每一个铁离子的立方晶格中只能容纳一个氢原子，所以它虽自由的移动和扩散，但不可能有二个氢原子相遇形成氢分子，但被吸收的氢原子具有向应力集中的部位扩散和移动的能力，这时，如果在应力集中部位由于位错而产生晶格缺陷时，氢原子进入晶格间隙，相互汇合形成氢分子，从而致使钢的组织破坏，形成钢的氢脆。

而由于氢原子向应力集中的部位扩散和积聚需要时间，这就是为何氢脆主要的表现特征为延迟断裂。

二、造成产品氢脆的几大因素1、原材料钢的强度越高越容易导致氢脆。

高强度钢的韧性会随着其强度的增高而下降，因此这种材料对缺口、氢脆以及应力腐蚀很敏感,尤其是氢脆性会使这些材料在其设计载荷能力以下发生破坏。

也就是说材料在渗氢的情况下，在低于其屈服强度的应力条件下，容易发生早期脆性断裂，而且材料强度级别越高，渗氢程度越严重，所受应力越大，氢脆风险性也越大。

美国对氢脆敏感的SAE4340钢做过实验，当其抗拉强度低于1250MPa 时，吸收了1〜IOPPM的氢而不会发生氢脆，但经过热处理后，强度达到1760MPa〜1920MPa时，仅吸收了0.03〜0.05PPM的氢，就会发生显著的氢脆断裂。

而采用抗拉强度小于780MPa的普通钢，即使吸收了10~30PPM的氢，也未发现有氢脆断裂现象。

2、机械加工在电镀前的加工过程中，如轧制成型、机械加工、钻孔、磨削中，由于润滑剂的选用不当造成分解会导致氢渗入金属中。

硬化热处理后经机械加工、磨削、冷成型冷矫直处理的制件对氢脆损伤特别敏感。

同时如在冷轧、冲裁、压弯、磨削等机加工过程中使得零件表面产生加工裂纹，会导致零件裂纹处渗氢后很难经烘烤将氢析出。

同时裂纹处又是应力集中区，很容易造成零件在裂纹处延时断裂。

下图所示为一款65Mn材料的组合螺母，因表面有严重的机加工裂纹，导致在电镀后采用GBT/3098.17进行氢脆测试过程中发生氢脆断裂。

钢中氢的来源及控制对策

钢中氢的来源及控制对策
2.试验条件 2.试验条件
2.1 试验工艺及主要设备参数 80tLD-CB（冶炼周期31min）→80tLF（冶炼周期35—55min）→240×1400mm断面弧形板坯铸机（中包容量15t，浇注周期35min）。 2.2 试验方案为了检测钢液中真实的氢含量，采用浸入式直读测氢仪(Multi—LabHydris System) 对“转炉炼钢+LF炉+连铸”各工位钢液在线测氢及对原辅料进行详细的水分分析，详细的测试方案见表1。
5.1 措施 [H]在钢液中的溶解遵循sivert定律（式1），在温度为1600℃，氢分压为 1atm 条件下可算出 [H] 的溶解度为 0.00268% （即 27ppm ）。由此在 1600℃条件下，式（1）可改写为式（2），[H]在钢液中的溶解随氢分压的增加而增加[1]。 1670 − −1.68 （1）（2） [ H %] = 0.00268 PH T [ H %] = 10 PH
表1 钢液测氢试验方案 1
名称转炉速补料转炉用辅料及合金出钢结束 LF用辅料及合金 LF精炼过程连铸中间罐、结晶器覆盖剂中间罐 N2、O2、Ar气体检测内容水分含量、用量、补炉后烘烤时间水分含量及用量、加入时机钢液测氢水分含量及用量钢液测氢水分含量及用量钢液测氢水分含量
钢中氢的来源及控制对策
5.1.2 加强耐材烘烤要求转炉补炉后烘烤时间不小于2h，加强钢包及中间罐的烘烤效果，防止耐材干燥不彻底导致钢水增[H]。 5.1.3 提高转炉吹炼操作水平通过优化枪位控制及加料时机，促进转炉渣的早化、化透。提高转炉的脱磷率，减少冶炼过程化渣剂的消耗量。并严格控制后吹过程中辅料的加入量，严禁在此期间配加镁球。

析氢现象及其危害

析氢现象及其危害本篇针对我司产品加工工艺特点，简单概述了原材料在冶金、锻造、电镀和焊接过程中的析氢现象，主要分析了氢产生的原因、危害及除氢方法，为生产提供一定的参考。

一、原因1.冶炼⑴炉料带入。

由废钢、生铁、铁合金及造渣材料等炉料中固有的氢以及炉料中的水分分解产生的氢溶入钢中。

⑵由炉气带入。

炉气中的水、氢气等都经过炉渣或直接与钢液接触而溶入钢中。

⑶由钢包、钢锭模以及保温冒的耐火材料带入。

⑷由大气带入。

大气铸锭时，空气中的水蒸气、氢气与钢液接触而溶入钢中。

2.电镀在电镀过程中，由于水分子的离解，总是或多或少地存在一定数量的氢离子，在电极的作用下，一部分就会从阴极析出氢气逸出，一部分以原子氢的状态渗入基体金属及镀层中。

具体的析氢过程如下：⑴H3O+从溶液中转移到阴极表面附近；⑵H3O+在阴极上脱水还原，生成的氢离子吸附在电极表面H3O+→H++H2O⑶两个吸附的氢原子结合成氢分子H++H+→H2⑷氢分子聚合成小气泡，并逐渐长大，最后离开电极表面而逸出。

3.焊接⑴焊条⑵母材⑶不干燥的保护气体(4) 空气湿度较大(5) 焊前未除油去污二、危害1.冶金⑴白点：在钢材横向断口上，主要表现为放射性或不规则排列的锯齿形小裂缝（有时也叫发裂）；在纵向断口上，有圆形或椭圆形的银白色斑点。

它是锻件在冷却过程中产生的一种内部缺陷，它的存在对钢的性能极为不利。

在交变和重复载荷作用下，白点处为应力集中点，常常成为疲劳源。

白点的产生是由于钢中氢和组织应力共同作用的结果。

目前关于氢致白点有以下几种解释：①钢中含有氢时，使钢的塑性降低。

当氢含量达到某一数值时，塑性急剧下降，造成氢脆现象。

②炼钢时钢液中吸收的氢，在钢锭凝固时因溶解度减少而析出。

有些氢来不及扩散到钢锭表面而存在钢锭内部显微空隙处、夹杂物附近或晶界上的小孔中。

氢原子在该处易结合成分子状态，并产生压力。

另外氢与钢中的碳反应易形成甲烷（CH4），也造成较大的分子压力。

③钢坯在冷却过程中因冷却速度等因素使相变产生较大的组织应力，在钢中氢脆的地方，将发生脆性破裂。

控制钢中氢含量的工艺措施

３．２钢液温度对钢中氢的影响
１０‘４％；当真空度继续到１００Ｐａ时，中包钢水［Ｈ］比真空度５０Ｐａ时增加了０．８５
ｘ
１０“％。说明提高真
空度，有利于溶解在钢液中的自由氢原子从钢液中排除，当真空度小于６７Ｐａ时，脱氢效果不明显，考虑成本问题，真空度为６７Ｐａ合适。
３．４保持真空时间对钢中氢的影响
表１不同季节ＶＤ炉真空
霹＊苌幂面导
处理前和破空软吹后钢液平均［Ｈ］×１０“％
Ｔａｂ．１
Ａｖｅｒａｇｅ［Ｈ】ｉｎ
ｍｏｌｔｅｎｓｔｅｅｌ
ｂｅｆｏｒｅＶａｃｕｕｍｔｒｅａｔｉｎｇｂｙＶＤ
ｆＩｌｍａｃｅ强ｄａｆｔｅｒ
ｓｅａｓｏｎｓ
真空厦／Ｐａ
ｂｒｅａｋｉｎｇ—ｅｍｐｔｙｓｏｆｔ—ｂｌｏｗｉｎｇｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔ
总第２２１期２０１４年第５期
ＨＥＢＥＩ
河北冶全
ＭＥＴＡＬＬＵＲＧＹ
ＴｏｔａｌＮｏ．２２ｌ２０１４．Ｎｕｍｂｅｒ５
控制钢中氢含量的工艺措施
郝彦英１’２，成国光１，王
０５００３１１
强１’２
（１．北京科技大学冶金与生态学院，北京１０００８３；２．河北钢铁集团石钢公司技术中心，河北石家庄摘要：氢是钢中的有害元素，过高的氢含量可引起钢的氢裂、白点缺陷。分析了季节、钢液温度、真空度、保真空时间、钢包顶渣对钢中氢含量的影响，提出了控制钢中氢的技术措施。实施后，钢中氢含量下降
Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｈｅｂｅｉ
ＳＴＥＥＬ
１一
ＨａｏＹａｎｙｉｎｇ１一，ＣｈｅｎｇＧｕｏｇｕａｎｇ
１，ＷａｎｇＱｉａｎｇ
（１．ＭｅｔａｌｌｕｒｇｙａｎｄＥｃｏｌｏｇｉｃａｌ
Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ

钢中氢气体知识问答(3)

1.钢中氢的来源？答：氢气在炉气中的分压力很低，大气中氢的分压力为0.053Pa。

因此钢中的氢主要由炉气中的水蒸汽的分压力来决定的(见图3)。

氢进入钢液的主要途径是：通过废钢表面的铁锈(XFeO.rFe3O4.2H2O)；铁合金中的氢气；增碳剂、脱氧剂、复盖剂、保温剂、造渣剂(Ca(OH)2)、沥青和焦油中的水份；未烤干的钢包、中间包、中注管、汤道；钢锭模的喷涂料；结晶器渗水以及大气中的水份与钢水或炉渣作用而进入钢中。

图1. 冶炼时钢液中氢和氧的变化规律2.一般钢中氢含量？答：氢以原子或离子(质子)的形式溶解于钢中，在一定温度下，钢液中氢的浓度[H]与氢的分压P H的平方根成正比。

即：[H]=K √ P H2当温度为1600 ︒C时K为0.0027，氢在铁中的溶解度随着温度和压力的下降而降低。

氢在固体铁中的溶解度与铁的晶体结构有关，发生相变时，溶解度急剧变化.如铁于1534︒C由液态结晶为固态时氢的溶解度显著下降；在1390︒C由δ－Fe转变为γ－Fe时溶解度重又增加，而在910︒C由γ－Fe转变为α－Fe时溶解度又显著下降。

氢在碱性电炉钢中约4-11个ppm，酸性电炉钢中约为3.5-8个ppm，转炉钢中约为3-6个ppm。

现今较为公认的钢中氢含量详见表1.表1. 一般钢中氢含量3.钢中氢对钢性能的危害？答：氢溶入钢中会降低钢的塑性和韧性。

研究表明，氢含量高不仅会导致钢的伸长率和面缩率急剧降低，还易产生氢致裂纹缺陷。

钢在冷却放置过程中，氢呈过饱和固溶体状态，由于其具有极强的扩散能力，很可能聚集在某些部位，使钢产品的局部压力增高，产生白点，形成内裂，进一步诱发高碳钢的疲劳损伤，严重影响其使用性能。

另一方面，冷却放置时，氢也能扩散到大气中，从而降低钢中的氢含量，减弱其危害。

4. 如何降低钢中氢？答：溶解在钢中的氢和氮以原子状态存在，其溶解反应为：{}[]H H =2%21在一定温度下达到平衡时: []212%H H P H K =[]2%H H P K H ⋅=上式说明氢在钢中的溶解度与作用在钢液面上的氢的分压的平方根成正比，即称西华特定律。

不锈钢的氢脆

不锈钢的氢脆氢脆现象指的是：氢气在一定的温度和压力下，渗入钢材内部，与钢材中的碳元素发生化学反应，生成甲烷；甲烷在金属内部，由于体积比碳原子的大，在局部形成应力，当钢材中大量的碳元素与氢反应，生成甲烷后，应力积集，会在钢材内部产生晶间裂纹。

此时金属表现为脆性增加，韧性减少，听检测的人员说，测壁厚表现为壁厚增加。

这种现象在一定的温度和压力下在含碳的金属材料中发生。

主要控制方法：控制温度（主要影响原因）、压力（次要影响原因）1楼的解释好像是氢的内部脱碳腐蚀。

氢脆简单说是在高温下，含氢介质中的氢滲入钢材中，在停工中快速降温，钢中溶解的氢未释放出来，在低温引起的破坏叫氢脆。

氢脆一般是指高碳或合金材料，包括不锈钢制作的高压低温容器发生的一种破坏现象。

原因是氢原子熔入材料中形成白点，低温下发生放射状裂纹，叫氢脆。

高压容器都要防止氢蚀。

氢高温临氢设备及与含水硫化氢溶液接触的设备中，会有加入氢或析出氢的工艺过程的存在会引起设备的氢损伤，氢损伤有如下几种：氢鼓泡氢原子渗入钢材，在钢中遇到裂缝、夹杂及空隙等处，氢原子聚集结合成氢分子，因而体积膨胀，压力增加使钢材产生鼓泡。

可使用无夹杂或分层的净洁钢防止氢鼓泡。

氢脆由氢本身引起钢材脆化现象。

氢原子渗入钢材后，使钢材晶粒结合力下降，而造成钢材的延伸率和断面收缩率的下降或出现延迟破坏现象。

若氢气由钢材中释放出去，钢材的机械性能仍可恢复。

氢脆为暂时的，可通过钢材加热使氢脆消除。

.表面脱碳钢材与高温氢接触后，形成表面脱碳。

表面脱碳不形成裂纹，其影响是强度及硬度略有下降，而延伸率增高。

.氢腐蚀(内部脱碳)高温高压下的氢渗入钢材之后和不稳定碳化物形成甲烷。

钢中甲烷不易逸出，而使钢材产生裂纹及鼓泡，并使强度和韧性显著下降。

其腐蚀反应是不可逆的，是永久性脆化。

防止表面脱碳和内部脱碳的办法是要按“纳尔逊曲线”合理选用碳钢或铬钼钢。

氢腐蚀高温、高压下，渗入钢中的氢原子与钢中的C及Fe3C反应生成甲烷，造成材料内裂纹及鼓泡的现象。

钢中氢的危害及去除

钢中氢的危害及去除作者：韩永镇来源：《科技视界》2012年第24期近期我公司由连铸坯生产的中厚板,其探伤合格率较低,其中发现探伤不合的炉次中多数氢含量偏高，在铸坯冷凝析出过程中形成氢致裂纹，从而造成板材内部连续组织的破坏，致使探伤不合。

溶解于钢中的氢在液态钢中溶解度比固态钢中溶解度高，在钢水凝固过程中会析出，由于氢原子半径小，析出的氢原子在晶界或夹杂物界面扩散和聚集成氢分子，易造成缩孔、铸坯裂纹、皮下气泡以及中心疏松、偏析等, 而未来得及析出的氢气会降低钢的强度、断面收缩率、延伸率和冲击韧性等性能。

因此, 把钢中的氢含量降低到最低限度是减少铸坯缺陷, 提高钢的各项性能及探伤合格率的重要手段。

本文结合120tVD脱氢工艺进行了研究，通过考察影响VD精炼脱氢的主要因素，并结合实际，对工艺参数进行了优化，取得了良好的脱氢效果，提高了探伤合格率。

1真空脱氢原理氢在钢液中的溶解服从平方根定律，氢的溶解反应见下式。

[H]/%(wt)=K■P■■（1）因此，降低体系的压力，从而使气体的分压降低，就能减小钢液中的溶解的氢气。

氢在钢液中的溶解度很小，形成气泡的析出压力远小于其所受的外压力，所以溶解在钢液中的氢气就不能依靠形成气泡的形式排出，而是通过向钢液表面吸附转变为气体分子，再向气相中排出[1]。

当钢液中有CO或氩气泡时，溶解的氢气原子也可以向其中扩散，变为气体分子，随气泡排出,从而达到脱氢的目的。

2影响VD炉脱氢的因素VD炉精炼过程中影响脱氢效果的主要因素有：钢液原始始氢含量、吹氩流量、真空度及其保持时间、渣层厚度和黏度等。

2.1原始氢含量的影响从热力学角度来看, 真空前氢含量越高, 越有利于提高脱氢率。

但是初始氢含量太高,将增加VD的脱氢负担, 增加脱氢时间, 因此必须控制钢液的初始氢含量。

原始氢含量主要受炉气和原材料中水分的影响。

钢液中的氢含量主要取决于炉气中水蒸气的分压，并且已脱氧钢液比未脱氧钢液更容易吸氢，所以在炼钢还原期、出钢和精炼过程中，因为钢中氧已很低，如果使用未经烘烤的铁合金或未经充分干燥的钢包，以及炉盖漏水等情况出现时，就不可避免的会增加氢的含量。

氢脆现象的原因和处理措施

氢脆钢材中的氢会使材料的力性能脆化，这种现象称为氢脆。

氢脆主要发生在碳钢和低合金钢。

钢中氢的来源主要为下列四个方面：（1）冶炼过程中溶解在钢水中的氢，在结晶冷凝时没有能及时逸出而存留在钢材中；（2）焊接过程中由于水分或油污在电弧高温下分解出的氢溶解入钢材中；（3）设备运行过程中，工作介质中的氢进入钢材中；（4）钢试件酸洗不当也可能导致氢脆。

含氢的钢材，当应力大于某一临界值时，就会发生氢脆断裂。

氢对钢材的脆化过程是一个微观裂纹在高应力作用下的扩展过程。

脆断应力可低达屈服极限的20%。

钢材的强度愈高（所承受的应力愈大），对氢脆愈敏感。

容器中的应力水平，包括工作应力及残余应力是导致氢脆很重要的因素。

氢脆是一种延迟断裂，断裂迟延的时间可以仅几分钟，也可能几天。

氢脆断裂只发生在100~150C的温度范围内，很低的温度不利于氢的移动和聚集，不易发生氢脆，而较高的温度可以使氢从钢中逸出，减少钢中的氢浓度，从而避免脆化。

焊后保温及热处理就是利用高温下氢能从钢中扩散逸出的原理，用来降低焊缝中氢含量，它是改善焊接接头力学性能的有效措施。

氢对钢铁材料的危害性较大，由于氢而导致材质劣化的现象统称为氢损伤。

氢损伤的形式有很多种，除了氢脆以外，还有因氢在钢板分层处聚集引起的氢鼓泡；氢在钢材中心部位聚集造成的细微裂纹群，称为白点；以及钢在高温高压氢（对碳钢，温度大于250℃．氢分压大于2MPa）作用下的氢腐蚀。

发生氢腐蚀时，钢的组织发生脱碳，渗碳体分解，沿晶界出现大量微裂纹，钢的强度、韧性丧失殆尽。

无损检测不能检测和判定清脆。

其余种类的氢损伤检测：氢鼓泡一般用肉眼便可观察到；白点可应用超声波检测方法测出来；氢致表面裂纹可应用磁粉或渗透方法检测出来；氢腐蚀可通过硬度试验和金相方法检测和判定。

降低钢中氢、氧、氮气体含量的措施

降低钢中氢、氧、氮气体含量的措施一般洁净钢是指钢中的五大杂质元素( S、P、H、O、N) 含量较低，并对钢中的非金属夹杂物( 氧化物、硫化物) 进行严格控制的钢种。

其中降低钢中[H]、[O]、[N]含量一般措施有：1、[H]含量1）真空脱气降低PH2可以减小氢在钢中的溶解度，因此可以采取真空脱气的方式降低钢中[H]含量。

2）减少材料的水分钢水中的氢80%来源于原材料、耐火材料和大气中的水分。

应当重视钢包、中间包、铁合金、辅助材料特别是石灰等的烘烤。

此外，应当减少钢水同大气的直接接触：真空处理后的钢水应避免再度送电升温，并控制好氩气压力防止钢液裸露；同时浇注时做好保护工作。

2、[N]含量与降低钢中[N]含量的方法相近。

降低钢中[N]含量的控制中除对钢水真空处理和减少钢水同大气的接触外，重点对合金含量进行了控制。

操作中将降低钢中氮含量的元素（Si、Ni）提高到规格的上限，而将提高钢中氮含量的元素（Mn、Cr、Mo、V、Nb）尽量控制在一定的范围内以减少它的负面影响。

3、[O]含量1）对钢液进行炉外精炼精炼过程可以去除钢液中80%左右的夹杂物。

2）提高电炉终点C含量控制精度在电炉吹氧时尽量提高终点控制精度，减少过吹。

3）防止下渣采用出钢前流渣、偏心底出钢和炉内预留充足钢水的技术，防止下渣。

4）脱氧剂控制a、合理的加入顺序。

加入脱氧剂的顺序为：出钢前钢包内加小块度适量的Fe-Mn，出完钢后加入Fe-Si，到精炼工位炉外精炼时用喂丝机喂Al。

b、合适的Mn/Si 比。

Mn/Si ＞2.5时，生成典型的MnO-SiO2且容易上浮。

c、合适的Al含量区间。

当[Al]= 00.01-0.02%时，对应的T[O]最低。

d、终脱氧。

为强化脱氧，精炼完毕用Si-Ca进行终脱氧。

5）控制好炉渣控制好炉渣的成分、温度、渣量，以提高夹杂物溶解于渣相的能力。

6）合适的搅拌强度采用合适的搅拌强调，可以去除夹杂物，同时不至于把钢渣卷入钢水中。

底吹转炉钢中氢含量的检测与去除方法

底吹转炉钢中氢含量的检测与去除方法引言：钢铁是现代工业中不可或缺的材料，而其中尤为重要的是质量稳定的钢材。

底吹转炉是一种常用的钢铁冶炼设备，但其中存在的氢元素对钢材质量造成了一定的影响。

因此，必须对底吹转炉钢中的氢含量进行准确的检测，并采取相应的去除方法，以保证钢材的质量。

一、底吹转炉钢中氢含量的检测方法1. 基于物理性质的检测方法（1）热处理法热处理法是一种常用的检测底吹转炉钢中氢含量的方法。

该方法通过加热样品，使其中的氢元素析出，并计算氢含量。

具体步骤为：将样品加热至高温并保持一段时间，使氢从钢中析出；然后，通过质谱仪、气相色谱仪等设备测量析出的氢气体，在计算出氢含量。

（2）电解法电解法是一种准确测量底吹转炉钢中氢含量的方法。

该方法通过将底吹转炉钢样品置于电极中，施加电流并在电解溶液中进行分解，从而使氢原子析出，并通过定量测量电极电极极化电流来计算氢含量。

2. 基于化学反应的检测方法（1）铁素体腐蚀法铁素体腐蚀法是一种常用的检测底吹转炉钢中氢含量的方法。

该方法利用氢元素对铁素体的腐蚀能力，通过在铁素体上形成的腐蚀坑的数量和大小来计算氢含量。

该方法需将钢样品浸泡于腐蚀剂中，经过一定时间后，观察腐蚀坑，并根据腐蚀坑的形态和数量进行氢含量的计算。

（2）溶解氢测定法溶解氢测定法是一种准确测量底吹转炉钢中氢含量的方法。

该方法基于氢气在酸性介质中溶解度的差异，通过定量测量气体传递过程中损耗的氢气量来计算氢含量。

二、底吹转炉钢中氢含量的去除方法1. 细化氢的方法（1）脱气剂法脱气剂法是一种常用的去除底吹转炉钢中氢的方法。

该方法通过在冶炼过程中加入含有化学吸氢剂的脱气剂，如钒、钛、铌等合金元素，使其吸附和结合底吹转炉钢中的氢元素，从而达到减少氢含量的目的。

（2）高温熔炼法高温熔炼法是一种有效去除底吹转炉钢中氢的方法。

在冶炼过程中，通过提高温度，使底吹转炉钢中的氢元素从液态转化为气态，随后通过熔炼废气系统将氢气排放出去，从而达到氢的去除效果。

高温高压下氢在钢铁中扩散的研究

高温高压下氢在钢铁中扩散的研究高温高压是一种极端恶劣的工业条件，然而，许多领域都需要在这样的条件下进行工作。

比如，在制钢行业中，高温高压条件是锅炉内运作的必备条件。

而在钢铁生产的过程中，氢会被分解出来并被钢铁中的金属元素所吸附，从而导致钢铁脆化。

因此，研究高温高压下氢在钢铁中的扩散行为，对于提高钢铁的可靠性和安全性至关重要。

氢在钢铁中的行为与钢铁所处的条件有关。

在高温高压下，钢铁中的氢分子可能会通过力学冲击或热振动从原子间隙中逸出，从而引起氢在钢铁中的扩散行为。

同时，高温高压条件下，钢铁中的沉淀物和氢会发生反应，从而导致钢铁中的氢浓度降低。

因此，在高温高压下，钢铁中氢的扩散行为和氢的反应行为需要同时考虑。

目前，关于高温高压下氢在钢铁中的扩散行为，研究者们主要关注以下几个方面：第一，研究高温高压下氢在钢铁中的扩散系数。

扩散系数是描述钢铁中氢扩散速度的一个参数。

在高温高压下，钢铁中的扩散系数与温度、压力和氢浓度等因素有关。

研究者们通过实验和计算模型，可以定量地分析氢在钢铁中的扩散规律。

第二，研究钢铁中氢的相变行为。

钢铁中的氢在不同温度下会发生相变。

比如，在较低温度下，氢因为能量太低而无法扩散到其它空位；在高温下，氢会从钢铁中挥发出来。

因此，研究者们需要在高温高压下研究钢铁中氢的相变规律，以及不同相变对钢铁性能的影响。

第三，研究高温高压下钢铁中氢的迁移机理。

在高温高压条件下，氢的扩散主要受到温度和压力等因素的影响。

同时，高温高压条件下，钢铁中的缺陷也会对氢的扩散行为产生重要影响。

因此，研究者们通过实验和理论计算，研究高温高压下钢铁中氢的迁移机理和缺陷对氢迁移的影响。

以上三个方面的研究，可以使得我们更加深入地了解高温高压下氢在钢铁中扩散的规律，从而进一步提高钢铁的安全性和可靠性。

当然，这仅仅是基础研究，要将研究成果应用于实际工业生产中，还需要进一步的工程研究和实验验证。

高速工具钢的高温氢脆行为及预防措施

高速工具钢的高温氢脆行为及预防措施高速工具钢是一种常用的金属材料，广泛应用于制造切削工具、模具、轴承等领域。

然而，在高温环境下，高速工具钢可能会出现高温氢脆现象，造成材料的失效和事故发生。

本文将探讨高速工具钢的高温氢脆行为以及预防措施。

高温氢脆是指在高温下，材料由于吸收了氢气而失去韧性和强度的现象。

高速工具钢中的碳化物、氮化物等晶格缺陷是氢气吸附的理想位置，因此高速工具钢对高温氢脆非常敏感。

首先，高速工具钢的高温氢脆行为可以通过在高温下进行氢脆试验来研究。

实验表明，在高温条件下，高速工具钢容易发生氢脆现象，并且在氢气浓度较高的情况下，其氢脆性能更为显著。

此外，高速工具钢的晶界也是氢脆的敏感区域，晶界的存在增加了其氢脆性。

那么，如何预防高速工具钢的高温氢脆呢？以下是几种常用的预防措施。

首先，控制氢气的来源和含量是最基本的预防措施之一。

在高温工作环境中，尽量避免接触含有氢气的介质，如氢气、水蒸汽等。

如果无法避免，应采取措施降低氢气的含量，例如通过氢气的去除或者替代使用其他介质。

其次，提高高速工具钢的抗氢脆性能也是一种重要的防范措施。

可以通过改变材料的成分和热处理工艺来提高其抗氢脆性。

例如，选择具有较好的稳定性的碳化物和氮化物相，适当增加合金元素的含量，合理控制材料的加热、保温和冷却过程等。

此外，加强材料的表面保护也是必要的。

采用镀层、覆盖层或者淬火和回火处理等方法，都可以提高高速工具钢的表面硬度和耐腐蚀性，从而减少了氢气的吸附和腐蚀。

实施有效的质量控制和监测也是预防高温氢脆的重要手段。

通过对高速工具钢材料的性能检测和工艺参数的监测，可以及时发现问题并采取相应的纠正措施。

同时，建立有效的质量管理体系，规范化生产操作，确保产品的质量和安全性。

综上所述，高速工具钢的高温氢脆是需要引起重视的问题。

通过了解高温氢脆的行为规律，并采取相应的预防措施，可以有效地减少高温氢脆的发生，提高高速工具钢材料的性能和可靠性。

氢在模铸钢冶炼过程中变化规律及降氢措施

部分氢，原始氢含量仍很高。这是因为炼钢过但程中，随着炉温的升高，氢在钢液中的溶解—１１
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２００６年第１期大，钢液不断直接的从大气中吸收氢和从炉渣中吸收的水份分解出氢，使氢含量增加。氧化期的氢含量最低，因为钢水在吹氧脱是碳时，产生大量ＣＯ气泡，Ｏ气泡向上浮逸出，Ｃ造成熔池的沸腾，Ｃ在Ｏ气泡中氢的分压趋于零，所以溶于钢中的氢原子迅速地向ＣＯ气泡表面扩散，并结合成氢分子进入气泡内，随气泡上升排人并炉气中，同时随着钢水温度的提高，吹氧脱碳反应更加剧烈地进行，并降低了钢液粘度，使原子氢容易扩散进入气泡。氧化期炉渣流动性好，表面张力降低，改善了ＣＯ气泡释放的动力学条件，ｃ使Ｏ气泡易于通过渣层而逸出。又由于氧化期排氢速度大于吸氢速度，以氧化期钢液中氢含量比熔所化期明显下降，因此氧化期可以进行脱氢，尤其是氧化末期钢水处于高温区时，抬起电极（避免剧烈沸腾、跑火造成塌炉盖）进行深吹氧会显著有效地
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江冶
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氢在模铸钢冶炼过程中变化规律及降氢措施
张成连，李红明，丽君裴
（满特殊钢有限责任公司，齐哈尔１１４）北齐６０１
摘要：本文通过不同钢种中氢含量的测定，分析了氢在冶炼过程中的变化规律，出了冶炼过程中具体的降提
氢措施。
关键词：氢含量；冶炼过程；变化规律；降氢措施