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| 氮在钢中的作用机理 |
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有的学者提出了钢中氮的重要性，认为虽然在炼钢过程中氮和其他有害元素组合，但也有其好的影响，因此努力使氮含量达到小于40ppm并不合算。大部分技术条件规定高于此值，如干线用管氮含量要求小于80ppm，锅炉板要求小于120ppm。某些用户想得到超出技术标准条件的相当低的水平（＜20ppm），这种要求肯定是可以达到的，但可能是不经济的。与其努力单纯地降低它，不如具有控制它达到规定要求的能力。氮化物和自由氮具有各种有害和有利的作用。很多人首先想到的是：“氮会引起时效应变问题”，可成形性也随着氮含量增加而急骤下降，虽然0-10ppm的氮含量可改善成形性，但不可能经常把它控制到这种水平。由强有力的氮化物形成元素如Ti、Al、B、V去除氮，会导致焊接热影响区（如干线管）的分离问题，氮降低高温塑性，但大于800℃后又可提高高温塑性。本文列举了氮的优点，诸如提高了点腐蚀的临界温度，而且其固溶体的硬化作用大于磷和锰，随着氮化物的增加，轧材的屈服强度提高，但相应地降低了可塑性和断裂韧性。氮化物可能有改善缺口韧性的作用，而且在焊接热影响区晶粒尺寸可降至一定水平。认为假如把氮含量控制到0.006%，那么这种效果能优于0.003%的氮含量。有些学者对钢液中氮的吸收和解吸收作用的热力学和动力学进行了讨论。在热力学方面争论不大，氮在纯铁中的溶解度是一定的，哪些合金元素增加和哪些合金元素降低溶解度也是众所周知的，Al在这个方面则是完全中立的。而氮溶解的动力学，关于它是否是一次或二次过程则有较多的争论。其速率的限定步调是：气体物质传递、液体物质传递、边界化学反应、混合控制。对一次反应，其吸收率与氮气压力的平方根成比例。有的学者指出：氮气的吸收进入纯铁或有合金的铁是一次反应，但随后的研究则认为是另一回事，现在认为对纯铁是一次反应，而对有合金的铁（有硫或氧），根据合金元素的浓度，可能有二次反应。硫和氧对氮的吸附有显著作用，当硫和氧较低时观察到一次行为，当合金元素浓度增高时，其吸收变为二次反应，解释为当低浓度时，氮的吸收被表面活性元素抑制了，而其机制是被传质限制的，反之当高浓度时（大于0.1%）是由化学反应速度限制的，因此在低硫和低氧时,氮的吸收大于高硫和高氧时，氮的吸收总是二次反应。有害元素（氧、硫、锡、锑）具有表面活性作用，它们会限制氧的吸收，而且它们对晶界都是有害的，夹杂物的变态和达到超纯钢肯定是同等重要的，发展趋势不是尽可能生产极清洁的钢，而是通过变态来对付现有水平的夹杂物。end
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