钢无氧化加热的可控气氛原理解析

一般靠燃料燃烧制备的气氛多为CO-CO₂—H₂-H₂O多元混合气体。钢在这种气氛中加热时，必须考虑两个反应的综合影响。图10-1所示为这两个反应的理论平衡曲线。

图10-1 Fe-FeO-H₂-H₂O和Fe-FeO-CO-CO₂的理论平衡关系

在H₂O/H₂平衡曲线的左侧为还原区，右侧为氧化区。例如，铁在1100℃于21℃露点（φ（H₂O）2.5%）φ（H₂）14%的气氛中进行处理，H₂O/H₂=0.18，相当于图10-1中的AA′线，在1100℃对铁是还原的。在冷却过程中，沿着AA′线与平衡曲线相交于460℃，然后便进入氧化区。此时若缓慢冷却，工件便会发生氧化。如果工件很薄，冷速又足够大，氧化将是轻微的。(www.xing528.com)

在上述H₂-H₂O气氛中加入CO-CO₂混合气体，情况将发生很大变化，在CO₂/CO平衡曲线的左侧是还原区，右侧是氧化区。例如，在φ（CO₂）5%和φ（CO）10%的气氛中，CO₂/CO=0.5，相当于图10-1中的BB′线，在1100℃根据CO₂/CO的影响会造成轻微氧化，但此时H₂O/H₂的还原作用占优势，结果使气氛具有明显的还原性。在冷却过程中，工件在830℃与平衡曲线相交，继续冷却进入还原区。此时CO₂/CO比例气氛的还原作用超过H₂O/H₂气氛的氧化作用，出炉的工件将是光亮的。

空气/燃气以高混合比制备的气体对铁有明显的氧化作用。例如，空气/天然气比例为8时的气氛露点是21℃，H₂O/H₂=2.5/7=0.35（图10-1CC′线），而φ（CO₂）/φ（CO）=8/6=1.33（图10-1DD′线）。此气氛在1100℃对铁有明显的氧化性，掩盖了H₂O/H₂比例的轻微还原作用。氧化效应一直延续到443℃，还要考虑在650℃以下H₂O/H₂比例气氛造成的氧化。也就是说，铁在进入443℃以下的CO₂/CO比例的轻微还原区以前，一直是氧化的。因此，8/1的空气-天然气混合比的燃烧产物不适宜作为钢铁热处理的保护气氛，除非再经过进一步净化，把H₂O和CO₂减少到最低限度。