023-86669155
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摘要：簡述了環(huán)境效應的內容，零件生產、使用中的各種環(huán)境效應影響。并對應用天然氣的環(huán)境效應作了詳細的剖析。另外，還列舉分析了一些環(huán)境效應引起失效的典型實例，從而提出了對環(huán)境效應的幾點認識。
關鍵詞：環(huán)境效應；失效分析；凈化的天然氣、凈化的丙烷氣、服役如初的壽命
零件生產使用中存在大量的“環(huán)境效應”。如金屬零件的生產從原材料——機加工——熱處理——后處理（加工等）——使用等等多個環(huán)節(jié)，均存在環(huán)境效應。就以原材料來說，要經(jīng)過冶煉、澆注、鍛軋等多道工序。在冶煉中遇到氧化、還原反應，會通入氧氣、氬氣，加入各種熔劑等；并采用真空、電磁攪拌、精煉等一系列手段，通過這些環(huán)境效應，控制好原材料的成分、各種氣體（氮、氫、氧）含量、雜質（S、P）量以及夾雜物。然后通過澆注、軋鍛、預先熱處理進一步確保原材料的質量，降低疏松、偏析程度、控制夾雜物大小、形態(tài)、分布以及含氫量等。其中澆注采用的氣氛（或真空），軋鍛、預先熱處理加熱中使用的氣氛等環(huán)境效應對零件的失效影響極大。人們就環(huán)境效應對失效的影響、加熱中使用的氣氛環(huán)境關注研究尚不足，本文就這些問題作一深入探討研究。
1 環(huán)境效應的內容
圖1列舉了齒輪鋼零件生產使用過程中的環(huán)境效應。
其中環(huán)境效應均會不同程度導致零件失效，從而我們要更深入了解、研究“環(huán)境效應”對失效的影響，做到事先控制、預防為主，提高零件使用(質量)的可靠性、穩(wěn)定性、持久性，達到預期服役壽命。
1 原材料（冶鑄軋鍛）生產的環(huán)境效應
1.1 冶鑄
冶煉時通過熔煉、精煉，采取通氬、真空、電磁攪拌、電渣重熔等一系列措施。通過這些環(huán)境效應達到控制成分、氣體含量（氮、氫、氧）、S、P量，提高純凈度，減少夾雜物、偏析等，降低失效破壞幾率，延長服役壽命(尤其疲勞壽命）。這些環(huán)境效應大多在目前生產中已經(jīng)采納，獲得相應的技術要求。如德國SEW減速機公司，原材料訂貨時要求[H]≤2×10-4%、[O]≤20×10-4%，夾雜物中氧化物≤1級，硫化物≤1級；又如我國兵器用的槍炮鋼，要求氧化物≤1.5級、硫化物≤1.5級，二者之和≤2.5級。
1.2 軋鍛
軋鍛 主要成形，并提高材料的致密性、均勻性及力學性能。有些鋼大件經(jīng)鍛造及預防白點退火（預先熱處理，俗稱擴氫退火），能大大降低形成白點的傾向。早先認為白點形成的原因主要是鋼中含氫量高（超過一定臨界值）及內應力大所致。近期俄羅斯學者檢測發(fā)現(xiàn)在白點的工件內有H2S的存在，并且在白點的壁周有FeS存在，甚至鎳鋼中還有NiS的存在，它們認為白點的形成不單是H+H→H2，而可能加熱的氣氛中存在硫，為此他們對加熱氣氛的硫含量要求控制在0.5 mg/m3以下，露點（水氣）低于-40℃(當年重慶296廠引進俄羅斯150m3/h有一定還原性的天然氣制氮全套設備)。還指出：如果是氫形成的白點，經(jīng)鍛打、預防白點退火后能焊合，而有硫化物形成的白點裂紋雖也能焊合,但會形成斷鏈橢圓狀夾雜物。
一旦有白點的材料作報廢處理或改鍛后裂紋焊合才能使用。
加熱氣氛環(huán)境下零件滲入硫，白點、硫夾雜物會導致失效、服役壽命大大降低，下面進一步討論。
2 生產中應用天然氣的環(huán)境效應
軋鍛熱處理中會大量使用天然氣直接加熱，其產生的環(huán)境效應討論如下：
3.1天然氣標準
目前城市用的天然氣標準GB17820-1999《天然氣技術要求》，熱處理參照Ⅱ類（見表1），規(guī)定含硫（無機硫）量≤20 mg/m3，有機硫不作要求。實際上各地區(qū)、各時段成分的波動大。就重慶地區(qū)而言，其波動范圍：有機硫30～248 mg/m3、無機硫10～78 mg/m3，甚至總硫量高達1100 mg/m3。文獻【1】提出含硫量越低越好，文獻【2、3】提出水份越低越好。
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