不锈钢中的氢、氧、氮等气体有害作用

  长期以来，钢中氢、氧、氮被人们认为是有害的气体。但是，就目前所知，在不锈钢中氢、氧有害，但氮在一些不锈钢中的有益作用则远远大于它的不利影响（见合金元素对不锈钢组织和性能的影响）。

一、氢

   氢在不锈钢中有几个和十几个ppm（10^-6）的固溶度，而且在奥氏体钢中的固溶度要大于在铁素体钢中的。

   当氢超过钢中固溶度时，钢在凝固过程中会有气泡形成。严重时，会引起钢锭上涨或连铸坯中产生气泡，较轻时氢致细小气泡会在热加工过程中延伸而形成裂纹。此时进行塔形发纹检查，常常会因发纹不合格而判废。图9.4系钢中氢量对不锈钢连铸坯气泡的影响。

   即使钢中仅残留少量、微细的发纹，也会引起不锈钢的塑、韧性下降，而钢的耐疲劳性能降低尤为明显。这与发纹在交变应力作用下成为了疲劳源有关。

   为使连铸板坯不产生氢致气泡，有的生产厂提出铁素体铬不锈钢［H］≤6×10^-6，铬镍奥氏体钢。但有的厂家提出，在不锈钢小方坯连铸中，希望钢中［H］≤2×10^-6 或 ≤3×10^-6 。

   研究氢在1Cr18Ni9Ti不锈钢中的分布表明，氢在晶界处的浓度要比晶内高3～4cm3／100g。氢在钢内的不均匀分布，使钢晶界的塑性特征值（δ、φ和Ak）比晶内相应的特征值低20％～25％。

   氢对Fe-Cr 合金电位影响的研究表明（图9.5），钢中含氢后，Fe-Cr合金的电位下降，说明合金的耐腐蚀能力降低。实验和曲线表明：在介质中有微量H₂S存在的条件下，传统马氏体不锈钢易产生氢脆（SCC）；而超级马氏体不锈钢只能在含有极低量H₂S的油气井条件下使用。

   氢还可引起奥氏体不锈钢的组织结构产生变化。

二、氧

   目前不锈钢的冶炼与氧密切相关。氧化期是通过氧的作用把炉料中残存的和过多的元素（例如碳）去掉；还原和精炼过程则是将前一阶段氧化了的有用的金属元素（例如铁、铬等）还原回到钢中，最后再将钢中氧尽量去除；残余氧在钢中是有害的，而且主要是通过氧化物夹杂的形式而表现出来。

   在正确的脱氧条件下，不锈钢中的氧含量应≤0.03％；对钢的纯净度要求高的不锈钢，钢中氧量越低越好。

三、氮

  氮在不锈钢中对组织和性能的影响已如前述（见本书中合金元素对不锈钢组织和性能的影响）。