美国钢铁公司炼钢过程中氢和氮的控制措施

zg123456

当溶解于钢液中时，氢和氮是两种会显著影响钢性能的气体，它们通过炼钢过程中辅料的添加或钢液与大气中各种元素的相互反应而进入钢中。研究发现，氢对钢没有潜在的好处，而氮既可能是一种杂质，也可能成为一种希望加入的合金化元素。氢和氮会间隙式地存在于钢中。氮也可能作为与铝、钛和/或其他氮化物形成元素结合的氮化物形式存在于钢中，而氢则不可能在钢中形成稳定的氢化物。由于具有高的流动性，氢很容易通过晶格扩散，导致氢脆。另一方面，溶解在钢中的氮可能提高钢的屈服强度和拉伸强度，但会降低延性，从而反过来影响超低碳冷轧钢的可成形性。暴露在温度和压力较高的氢气中的钢可能在形成内部脱碳层时遭到氢的“攻击”，造成延性和强度的显著降低。当溶解的氢超过其溶解度时，被固态钢“拒绝”溶解的氢会富集在针孔处，并随之产生高的气体压力。在热加工及后续的冷却过程中，热加工应力和高的气体压力会在表面附近的针孔处累积，从而产生发纹（或白点），造成钢材过早失效。因此，迫切需要对钢液中的氢和氮进行准确的定量分析和监控。

为控制钢中的氢和氮，美国钢铁公司采取的措施首先是通过修订合金添加剂的质量技术条件来尽量减少氢和氮含量高的合金化材料的使用，从而保证钢液中低的氢杂质含量。同时，采用在线自动化检测系统来监测炼钢过程中的化学成分和温度变化，确保钢液中氢和氮含量的精确监控。