基本介紹
- 中文名：石墨化
- 外文名：graphitization
- 發生條件：高溫
- 實質：原子擴散現象
- 後果：使鋼材脆化，強度和塑性降低
- 抑制措施：加入Cr、Ti、Nb等合金元素
發現歷史,發生原理,抑制措施,評級,影響因素,
發現歷史
低碳鍋爐鋼的石墨化是1943年被發現的。當時美國某電廠一條由0.5%Mo鋼製的φ325×36 mm主蒸汽管道在505℃運行了5年半後，突然在焊縫熱影響區一個截面上脆斷，造成廠房損壞和人員傷亡。事後檢驗發現斷裂處析出了大量的鏈狀石墨，鋼的衝擊韌性降低到接近零的水平。這一事故引起了世界各國的注意，並因此規定了要定期對低碳鉬鋼管作石墨化檢驗。繼後檢驗發現，低碳鋼和低碳鉬鋼過熱器管和主蒸汽管道等在高溫下長期運行後，石墨化現象是普遍存在的。
發生原理
石墨化是利用熱活化將熱力學不穩定的碳原子實現由亂層結構向石墨晶體結構的有序轉化，因此，在石墨化過程中，要使用高溫熱處理（HTT）對原子重排及結構轉變提供能量。為了使難石墨化炭材料的石墨化度得到提高，也可以使用添加催化劑方法，稱為催化石墨化。
鋼在高溫、應力長期作用下，由於珠光體內滲碳體自行分解出石墨的現象，Fe3C-->3Fe+C(石墨)，稱為石墨化或析墨現象。石墨化的第一步是珠光體球化，石墨化是鋼中碳化物在高溫長期作用下分解的最終結果，石墨化使鋼材發生脆化，強度和塑性降低，衝擊韌性降低的更多。
鋼中滲碳體分解成為游離碳並以石墨形式析出，在鋼中形成石墨 “夾雜”的現象。火力發電廠鍋爐鋼管等高溫構件，用低碳鋼和低碳鉬鋼等不含鉻的珠光體耐熱鋼，在高溫長期運行過程中會隨時間而產生石墨化。
抑制措施
一般是在2000～3300℃的氬氣或者氮氣氣氛中進行，在該過程中分子結構在原碳化基礎上，進一步形成類石墨的“亂層結構”，除碳以外的其他雜原子進一步氣化而降至1%以下，因此碳純度較高，纖維模量和耐熱性和導電性等隨石墨化溫度的提高而提高，而強度和伸長率有所下降。
評級
為評定石墨化的影響制定的石墨化級別，是一組具有不同程度石墨化的金相圖片，以便在電廠金相檢驗時對照用。一般按析出石墨量的多少分成四個等級： 1級為石墨化現象不明顯，2級為已明顯石墨化，3級為已嚴重石墨化，4級為已很嚴重的石墨化。通常在石墨化3～3.5級時，鋼中60%左右的碳均已成為石墨。
影響因素
有溫度、合金元素、鋼中缺陷和焊接等。碳鋼450℃以上，0.5%Mo鋼在480℃以上產生石墨化。溫度愈高，石墨化進程愈快。但到700℃時，已生成的石墨反會與鐵結合成滲碳體。合金元素中鋁、鎳、矽等促進石墨化，其中鋁影響最大。鋁是煉鋼時脫氧加入的，為此規定低碳和低碳鉬鋼鍋爐鋼冶煉脫氧時不用鋁，或鋁加入量每噸鋼不超過0.25 kg。鉻、鈦、鈮等元素阻止石墨化，其中以鉻最有效。在低碳鋼中加入0.3%～0.5%鉻就可有效地阻止石墨化。運行經驗證明，含鉻的珠光體耐熱鋼在運行中不產生石墨化。金屬中裂紋、重皮等缺陷處和應力集中處最易產生石墨化，另外冷變形區域和焊接熱影響區域也易產生石墨化。
在低碳鋼和低碳鉬鋼等珠光體耐熱鋼中，可以同時發生珠光體球化和石墨化過程，這是由於兩過程有相同的影響因素(如溫度等)作用的緣故。但是，由於兩過程又有不同的影響因素，如鋁的影響等，並非球化進程同時一定發生石墨化進程。
