去氢处理

冶金工程术语

去氢处理(hydrogen relief treatment)是指为防止合金中的氢所引起的白点(发裂)缺陷，采用热处理将氢从钢材中排除的方法。从铸件中的氢来源分析，钢中氢的来源可分为“内含的”和“外来的”两种，前者是指钢件在冶炼过程中及随后的加工制造过程中吸收的氢；后者则是钢件在服役环境介质中含有的氢。根据钢种、轧件尺寸和生产条件的不同，去氢处理工艺也互不相同。

基本信息

当铸件中氢的含量达到一定值时，其机械性能会严重降低,甚至产生氢脆,造成铸件报废。

从铸件中的氢来源分析，钢中氢的来源可分为“内含的”和“外来的”两种，前者是指钢件在冶炼过程中及随后的加工制造过程中吸收的氢；后者则是钢件在服役环境介质中含有的氢。由于生产出来的铸件没有进行过加工制造，也不存在服役环境介质问题，所以钢件中氢的来源,只可能由冶炼过程中产生。根据这种情况制定针对不同材质的去氢热处理工艺。

工艺原理

去氢热处理工艺原理为:

(1)由于氢是以原子或分子状态分布在钢中，只有采用分子热运动学理论,制定合理升温、保温和冷却方式，方能使钢中氢向钢件表面扩散，达到去氢目的。

(2)由于含铬13%以上的不锈钢和铁素体钢在升温到475℃时，伴随有钢的强度升高现象，造成钢件变脆，因此选择去氢温度最好高于475℃。

处理工艺

铸造分厂采用的去氢热处理工艺有两种，主要针对材质为ZG230 - 450 轴瓦铸件去氢，另外不锈钢热处理工艺也有很好的去氢效果，也作为本次对比研究的项目。

(1)制备去氢所需要的本体试样每炉12件，分3个炉号共36件；

(2)制备不锈钢梅花试样每炉2 件，分7个炉号共14件；

(3)用测氢仪对碳钢不同状态下的同一炉试样做残余氢含量对比分析，同时做机械性能对比及金相组织对比分析；

(4)对不锈钢同一炉梅花试样只做铸态和热处理后两状态下残余氢含量对比分析。

去氢工艺对比

两种去氢工艺都能达到去氢的目的，去氢效果630℃工艺优于930℃工艺。去氢后钢件金相组织对比的结果是630℃工艺优于930℃工艺。去氢后铸件的机械性能对比是, 630℃工艺与930℃工艺相比，前者使铸件的强度值和冲击韧性值得以提高，而其他机械性能指标两工艺没有明显区别。630℃去氢工艺比930℃工艺单炉节约占炉时间74h，单炉燃料费节约5777. 55元，单炉节约天燃气6348. 96m3。经热处理后,钢中残余氢有明显变化,去氢效果佳。

最佳去氢温度

(1)从去氢效果对比可知，630℃去氢工艺比930℃去氢工艺好。其原因是，930℃去氢时由于采用炉冷，造成冷却速度太慢，铸件产生再次吸氢过程较长，从而使去氢效果变差；而630℃去氢时，采用空冷,冷却速度快，铸件产生再次吸氢过程较短，去氢效果好。

(2)从金相组织对比结果分析，630℃去氢后,钢中组织比930℃去氢后钢中组织优。原因是930℃去氢时,保温温度为930℃，此时钢中组织为奥氏体，经炉冷后，组织变成铁素体+珠光体，其中珠光体析出时存在枝晶偏析或网状分布现象，使最终组织变差；而630℃去氢时，保温温度为630℃，此时钢中组织与常温下钢中组织相比没有变化,都是铁素体+珠光体，因此不存在组织间转化问题。另外，经630℃去氢处理后，钢中组织更加细化，分布均匀。

(3)从机械性能对比结果分析，630℃去氢后的铸件与930℃去氢后的铸件相比，其机械性能的强度值和冲击韧性值都有很大提高，而其他性能没有明显区别，原因是630℃去氢后的钢中组织比930℃去氢后的钢中组织好。

(4)从经济效益对比结果可知，630℃去氢工艺与930℃去氢工艺相比，既节约占炉时间又节约燃料费用。原因是930℃去氢工艺保温温度比630℃去氢工艺高300℃；冷却方式930℃去氢工艺为随炉冷却，冷却时间比630℃空冷长一倍多；另外， 930℃去氢工艺全部工艺过程为两次，造成占炉总时间比630℃去氢工艺多两倍多。

(5)从不锈钢铸态和热处理后铸件残余氢对比结果可知，针对不锈钢铸件所采用的热处理工艺，有很强的去氢效果。

原因是该热处理工艺在对铸件进行热处理前，首先采用保温热割冒口工艺进行预热处理，其保温温度为630℃，保温时间7～8h，空冷。另外，在进行热处理时，还采用两次600℃回火去应力的工艺方式，因此铸件经全部热处理后，钢中残余氢都降到1PPM以内，去氢效果明显。

总结

无论不锈钢和碳钢，只要升温到630℃都能够取得最佳去氢效果。另外，铸造分厂通过两种去氢工艺方案的对比研究，淘汰了930℃去氢工艺，轴瓦全部采用630℃去氢工艺。

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