去氫退火，這是現代機械理論中的一項重大的新技術，同時在實踐中已經廣泛運用。碳鋼及低合金鋼大鍛件在碳鋼及低合金鋼大鍛件在鍛造後以較快速度冷卻至過冷奧氏體最不穩定區域（鼻溫區），形成鐵素體—碳化物混合組織（偽共析組織）。此時，氫的溶解度較低而擴散較易，在轉變途中即可從鍛件排出或結合為氫分子。 氫分子所引起的壓力也可因轉變溫度（620-660℃）較高而得鬆弛。
基本介紹
- 中文名：去氫退火
- 外文名：dehydrogenation annealing
- 形成組織：偽共析組織
- 目的：消除白點
- 重要步驟：緩冷、保溫時間
- 套用領域：冶金
簡介,白點的形成與氫的擴散,鋼坯去氫退火工藝,緩冷,保溫時間,去氫退火工藝要點,
簡介
溶解於固溶體中的H是造成鋼中出現白點缺陷的主要危險。而存在於亞晶界、位錯、晶粒邊界及巨觀區城的分子氫.不易自鋼中擴散逸出，也不會造成白點，這類分子態的H可在以後的熱軋、鍛造等壓力加工過程中消除。用退火的方法可使溶入固溶體中的H脫溶，這種退火工藝稱為去氫退火。
合金結構鋼、軸承鋼、工具鋼等鋼錠鍛軋材，或連鑄坯軋材常出現白點，致鋼材報廢。冶金生產全過程的許多環節不當均有可能誘發白點。產生白點的誘因有兩個：（1）鋼中氫含量高；（2）內應力大。搞好去氫退火，把握這兩點，是防止白點的關鍵。
白點的形成與氫的擴散
電爐煉鋼的鋼水中氫含量一般為（4~6）X 10-6，鋼水真空脫氣處理後可以達到（[H]）≤2.5×10-4%。為了科學制定去氫退火工藝，首先要弄清氫在鋼中的存在狀態。根據Fe—H相圖，氫在鋼中溶解度極小，在α-Fe中比γ-Fe中的溶解度更小，這促進氫的擴散溢出。一般認為，氫溶解於鋼中使鋼失去范性，過飽和的氫在鋼中的顯微孔隙中造成分子氫的壓強，形成氫氣時，體積急劇膨脹，聚集在一起，成為一個氣泡，撐開孔隙，即形成白點。因此，氫是產生白點的“元兇”。這時若存在內應力，將協助氫撐開孑L隙，形成脆性裂縫。因此，內應力是產生白點的“幫凶”。
鋼中形成白點的氫含量說法不一，一般認為鋼中的氫含量小於2×10-6時不產生白點。因此降低鋼中的氫含量，使得鋼中的過飽和的氫擴散溢出，是避免白點的最根本的措施。氫在α-Fe和γ-Fe中具有不同的擴散係數。在α-Fe中擴散係數較大，因此選擇具有鐵素體的組織進行脫氫。如選擇鐵素體+珠光體、托氏體、索氏體中擴散，氫的擴散速度較快。當鍛軋後冷卻得到貝氏體再升溫脫氫時，由於貝氏體以鐵素體為基體，並且存在大量界面、位錯等缺陷，因而有利於加速氫的擴散。氫在α-Fe中的擴散係數Dα比在γFe中擴散係數Dγ大得多。
下圖表示氫在α-Fe中的擴散係數與溫度的關係。
氫在α-Fe中的擴散係數與溫度關係鋼坯去氫退火工藝
鋼坯的去氫退火一般在台車爐中進行，大多採用天然氣、煤氣加熱。加熱速度一般為50~100℃/h。由於裝爐量較大，一般數十噸，甚至上百噸，因此難以實現快速加熱。，而且熱透也很耗時，尤其是大鍛件，熱透時間較長。熱透時間可以套用計算機計算，也可以實測確定，或按照經驗數據確定。由於不同溫度下鐵素體中氫的溶解度不同，擴散係數也不等，最好採用分階段脫氫。
為了加速擴散，可以提高等溫溫度，增大擴散係數D。700℃時的氫飽和溶解度約為2.29X10-6。保溫一定時間後，心部達到此值時，即達到飽和溶解度，H原子將難以擴散，這時則需要降溫，冷卻到下一段較低的溫度，使[H]重新達到過飽和狀態，脫氫才能繼續進行。
緩冷
緩冷到600℃左右等溫，[H]在鐵素體中的溶解度降低到約2x10-6，又達到過飽和狀態，且形成濃度梯度，繼續擴散脫氫。保溫一段時間後，鋼坯心部當達到飽和溶解度時，保溫完畢。為了簡化操作，大多採用在650℃保溫脫氫。當鋼中氫含量達到2X10-6左右時可以在爐中連續緩冷了，緩冷過程將持續脫氫，冷卻速度控制在15~40℃/h範圍內，冷卻到150~200℃後出爐空冷。
緩冷是降低內應力的重要措施。通過緩冷將氫含量降低到1.8X10-6以下，且消除組織應力和熱應力，就不產生白點了。這樣通過等溫和不斷緩慢冷卻降溫，則不斷降低氫在鐵素體中的溶解度，又不斷保持濃度梯度，則能不斷擴散脫氫。因此，等溫和緩冷相結合，以達到去氫、防止白點的目的。在制定去氫退火工藝前，應當了解鋼錠的冶金過程，測定鋼水中的氫含量。
保溫時間
去氫退火保溫時間應當依據鋼中的氫含量和鍛軋材尺寸而定。套用計算機軟體可以計算氫在鋼中的濃度場，計算出不同氫含量，不同鍛軋材尺寸時的去氫退火等溫時間。鍛軋材尺寸不同，緩冷速度和出爐溫度也不同。
去氫退火工藝曲線圖去氫退火工藝要點
1、以氫含量為第一依據，內應力為第二依據，設計在鐵素體狀態下的去氫工藝。關鍵是搞好退火保溫或緩冷。
2、去氫要貫徹全程概念，充分利用能源，在A1~150℃溫度範圍內進行（如上圖）。
3、退火保溫時間以鋼液中的原始氫含量[H]為第一依據，鍛軋材尺寸為第二依據，分等級設計。當鋼錠中的氫含量在2.5X10-6以下時，可以大大縮短退火保溫時間。某些鍛軋材直徑小於200mm時，也可以軋後在緩冷坑中冷卻。
4、等溫後要緩慢冷卻，一是為了繼續脫氫，二是為避免內應力促生白點。冷卻速度根據鍛軋材的有效直徑在10~40℃/h範圍內選擇。
