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氢是钢中有害元素,当其含量高时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,具有极强的扩散能力,可聚集在某些部位,使钢产品的局部压力增高,产生白点,形成内裂,严重影响其使用性能。目前,国内外的测氢方法主要是真空抽吸方法,但用时较长,不适合在线分析；另一种是高温熔融方法,其改变了钢的原态,而且存在滞后性。因此研究在线测量钢中氢分压的变化显得尤为重要。所以本实验制备了室温工作的固体电解质管,筛选适合室温工作的氢传感器,用于检测钢中氢分压。通过分析钢中氢分压的大小,检测出缺陷以提高钢材质量。由于钢中氢的巨大危害,因此钢的脱氢热处理技术引起了各国专家的广泛关注。热处理脱氢普遍采取升温,保温,降温三个环节,但具体氢的析出呈现怎样的规律,钢中氢分压是多少,人们尚不十分清楚。本论文为了连续监测钢中氢析出的规律性,以便制定合理的热处理工艺,研制用质子导体氢传感器连续监测固态钢中的氢分压；研究钢在400～800℃热处理过程中的析氢规律,获得热处理恒温的最佳时间,为企业热处理制度的优化提供理论依据。本实验的主要研究结果为:
1.制备了H+～βAl2O3固体电解质及Ba3Cal.18Nb1.82O9-δ、BaCe0.85Y0.15O3-α固体电解质管。并根据实验分析和研究,筛选出适合室温使用的Ba3Cal.18Nb1.8209-δ和ZrO2(Y2O3)固体电解质。
2.用Ba3Cal.18Nb1.82O9-δ和ZrO2(Y2O3)固体电解质氢传感器,检测室温冷轧碳素钢薄板(SPCC)中氢分压分别为7.05μPa和7.68μPa,检测室温热轧双面搪瓷钢(ART310)的氢分压分别为1.56μPa、1.64μPa。
3.在0～50℃,分别测定Ba3Cal.18Nb1.82O9-δ和ZrO2(Y2O3)的阻抗谱,分析计算得到电导率和温度的关系。
4.组装质子导体氢传感器,连续测定ART310钢脱氢热处理过程钢的的氢分压,分析钢中氢的析出规律,得到800℃恒温热处理的最佳时间为40min。