鋼鐵加熱時的脫碳

鋼的強度和耐磨性取決于組織中的碳化物。鋼表層碳含量的減少會降低表面硬度和強度以及耐磨性，影響機器零件壽命，在許多情況下還會降低鋼材的疲勞抗力。

鋼鐵加熱時，在鐵氧化的同時，碳也會氧化。鋼的脫碳建立在表面晶格溶入碳的氧化。依賴于周圍氣氛的碳勢，鋼的脫碳也可能和形成氧化皮無關。在熱處理過程中，鐵和碳的氧化一般都是同時發生。碳氧化形成CO和CO2的氣體產物，由于存在氧化皮、只有氣體產物自氧化皮逸出，才有可能形成脫碳，也就是說，當CO、CO2的平衡壓力足夠大到沖破氧化皮或氧化皮具有多孔性時才可能發生脫碳。

鋼表面碳的消耗要靠內部碳的擴散來補償，因此，鋼的脫碳過程由3個步驟組成:加熱介質中的氧輸送到鋼材表面，碳在氣體和鋼界面上交換和碳在鋼材內部的擴散。

碳在鋼內部的擴散是控制脫碳速率的最重要因素。經過一個短暫的起始段，脫碳層深度的變化便遵從一個對時間的拋物線規律。低碳鋼加熱到910 ℃以下表面呈鐵素體狀態，由于碳的溶解度極低，造成對碳擴散的較大位壘。加熱到910 ℃以上，全部轉變為奧氏體，會發生強烈脫碳。

當同時存在氧化脫碳時，初始形成的氧化相能防止脫碳。當溫度升高、CO-CO2平衡壓力增大、氧化皮附著力變弱或變為多孔狀時，脫碳現象才會明顯發生。

鋼中的合金元素通過以下方式影響脫碳過程:鐵素體-奧氏體轉變溫度的變化、碳在固溶體中的活動性、碳的擴散系數、所形成氧化皮的性質。隨著碳擴散系數的增大，脫碳程度增加；隨碳活潑性的增大，脫碳程度增加；隨鐵素體-奧氏體轉變溫度的提高，脫碳程度增加。

在鋼的氧化過程中，由于合金元素在氧化層-金屬界面上具有趨向金屬或趨向氧化層的不同表現，便使脫碳過程復雜化。在含有碳化物形成元素時，碳化物自固溶體的脫溶速度也會對脫碳程度有影響。當合金元素作用比鐵小時，內氧化的可能性增大。在鐵被正常保護的條件下也會形成外氧化層。在形成外氧化層情況下，如果合金元素使氧化速率增大，在沒有其他因素影響下，脫碳層深度會減少。