利用rh600氢分析仪测定钢中氢含量的研究

利用rh600氢分析仪测定钢中氢含量的研究

1钢的氢致裂纹缺陷在精炼过程中，氢、氧、氮等有害因素残留在钢中会严重影响钢的质量和性能。尤其是氢,溶入钢中会降低钢的塑性和韧性。研究表明,氢含量高不仅会导致钢的伸长率和面缩率急剧降低,还易产生氢致裂纹缺陷。钢在冷却放置过程中,氢呈过饱和固溶体状态,由于其具有极强的扩散能力,很可能聚集在某些部位,使钢产品的局部压力增高,产生白点,形成内裂,进一步诱发高碳钢的疲劳损伤,严重影响其使用性能。另一方面,冷却放置时,氢也能扩散到大气中,从而降低钢中的氢含量,减弱其危害。因此,准确测定钢中氢含量,掌握其随时间变化的趋势,才能实现合理控制。2钢的实际氢含量检测方法检测钢中的氢含量有多种取样方法,普遍认为中包钢液浸入式取样能准确定氢,而成品钢中的氢含量则一般采用真空熔融法测定。试样经车床车制后再锯断,尺寸主要有:Φ5mm×5mm、Φ8mm×5mm等。本实验使用两台美国LECO公司RH600氢分析仪,实验前先进行系统偏差的比对实验。试样尺寸为Φ5mm×5mm;冷却液为酒精、水+酒精,以保证车削时试样温度低于50℃;检测前用丙酮清洗液清洗试样。检测时采用的标样不同,会得到不同的检测结果。根据上述实验得出的结论,选择一种能准确反映钢中实际氢含量的检验方法,分析钢中氢含量随时间的变化趋势。由于钢中的氢很容易扩散,成品钢轧制后应立刻取样分析。3实验过程3.1测标样的选取先用含氢量为0.00021%的标准样品GBS03-1067-1999校准两台氢分析仪,然后分别利用两台氢分析仪测量3个标样,氢含量分别为0.00017%、0.00021%和0.00056%,测量结果见表1。由表1可见,在测标样1时,两台仪器所测结果有一定偏差,但在测其余两个标样时,两台仪器所测结果较接近。测标样3时,两台仪器的检验结果比实际含量都小很多,这说明存在系统偏差。在测量钢中氢含量时,氢标样的选择非常重要,应尽量选用与实验值较接近的氢标样,以提高实验结果的准确性。从表1可知,标样2达到要求,因此,本实验最终采用标样2。3.2试样密度和冷却温度把从现场取来的试样按10mm×10mm×120mm的尺寸锯切,再车成Φ5mm的小圆棒。车削时使用几种不同的冷却液冷却,检测前将每个试样剪成3个5mm长的小段,分别检测后取平均值作为最终的检测结果,见表2。由表2可见,不使用冷却液的试样氢含量明显低于使用酒精,或先使用水再使用酒精冷却加工的试样的氢含量,采用水+酒精或只用酒精冷却得到的结果基本一致。因此得出结论,加工试样时,必须使用冷却液,以保证试样温度低于50℃,才能保证测量的准确性。由于水+酒精的成本低于酒精,所以选择水+酒精作为冷却液。4氢的扩散到外部钢中的氢极不稳定,随着钢放置时间的延长,氢可能扩散到缺陷处,也可能扩散到外部。选择A、B两个钢种作为研究对象,详细研究了钢中氢含量随时间的变化趋势。4.1车削过程氢含量的变化选取了4炉A钢种作为实验对象,从冶炼开始跟踪实验,采用中包浸入式取样方法取样,测得各炉的氢含量均高于0.0002%。然后跟踪轧制,轧制冷却后立刻取样标号送加工车间加工。加工车间从轧制后4h开始,每隔2h取样检验。车削过程中先使用水冷却,车到最后两道用酒精冷却,每个试样剪成3个5mm长的小段用丙酮清洗,选用氢含量为0.00021%的标样校正仪器,利用氢分析仪检测每个小试样的氢含量,取平均值作为检测结果。检测后发现氢含量均无明显变化,于是延长取样时间到24h后再取样检测,发现钢中氢含量仍无明显改变。钢种A在轧制后一天内的氢含量随时间的变化情况见图1所示。由图1可见,钢种A中的氢含量在轧制后一天内变化不大,只比中间包略低,中间包4炉的平均值是0.0002225%,轧制后4h的平均值是0.0001775%,24h的平均值是0.0001675%。这说明钢中的氢含量在24h内下降极少。4.2化曲线的变化选A、B两个钢种进行实验,A钢种7炉,B钢种5炉。每炉取样及检测方法同上,只是延长轧后的取样时间,分别在轧制后间隔1(轧制后第二天)、2、3、5、10和30d取样检测。两个钢种中的氢含量随时间的变化曲线见图2。由图2可见,氢含量24h后开始明显下降,3～30d内钢中氢含量基本保持不变,都小于0.00015%,平均为0.00010%。由此可见,钢中的氢含量在24h内基本不变,48h后明显降低,降到72h后下降不明显,在30d内基本保持不变。说明钢中的氢不稳定,随着轧后放置时间的延长,钢中的氢含量在一定时期内呈降低趋势,轧制后一天内降低很少,在2～3d内大幅度降低,3d后钢中氢含量降到较低水平,且基本保持不变。说明氢扩散到一定程度,钢中氢含量保持一定固溶度后,氢就不再大幅度扩散,使钢中的氢含量保持在一个平衡的水平,减缓了钢中氢原子进一步聚集引发裂纹的可能性,有助于稳定钢的性能。5测量的准确性(1)氢在钢中不稳定,利用RH600氢分析仪测定钢中氢含量前,在车削试样时要使用冷却液冷却,使试样温度低于50℃,保证钢中的氢不扩散,确保测量的准确性。冷却液选择水+酒精。检测过程中,