摘要：简述了环境效应的内容，零件生产、使用中的各种环境效应影响。并对应用天然气的环境效应作了详细的剖析。另外，还列举分析了一些环境效应引起失效的典型实例，从而提出了对环境效应的几点认识。

关键词：环境效应；失效分析；净化的天然气、净化的丙烷气、服役如初的寿命

 零件生产使用中存在大量的“环境效应”。如金属零件的生产从原材料——机加工——热处理——后处理（加工等）——使用等等多个环节，均存在环境效应。就以原材料来说，要经过冶炼、浇注、锻轧等多道工序。在冶炼中遇到氧化、还原反应，会通入氧气、氩气，加入各种熔剂等；并采用真空、电磁搅拌、精炼等一系列手段，通过这些环境效应，控制好原材料的成分、各种气体（氮、氢、氧）含量、杂质（S、P）量以及夹杂物。然后通过浇注、轧锻、预先热处理进一步确保原材料的质量，降低疏松、偏析程度、控制夹杂物大小、形态、分布以及含氢量等。其中浇注采用的气氛（或真空），轧锻、预先热处理加热中使用的气氛等环境效应对零件的失效影响极大。人们就环境效应对失效的影响、加热中使用的气氛环境关注研究尚不足，本文就这些问题作一深入探讨研究。

1 环境效应的内容

图1列举了齿轮钢零件生产使用过程中的环境效应。

其中环境效应均会不同程度导致零件失效，从而我们要更深入了解、研究“环境效应”对失效的影响，做到事先控制、预防为主，提高零件使用(质量)的可靠性、稳定性、持久性，达到预期服役寿命。

1 原材料（冶铸轧锻）生产的环境效应

1.1 冶铸

冶炼时通过熔炼、精炼，采取通氩、真空、电磁搅拌、电渣重熔等一系列措施。通过这些环境效应达到控制成分、气体含量（氮、氢、氧）、S、P量，提高纯净度，减少夹杂物、偏析等，降低失效破坏几率，延长服役寿命(尤其疲劳寿命）。这些环境效应大多在目前生产中已经采纳，获得相应的技术要求。如德国SEW减速机公司，原材料订货时要求[H]≤2×10^-4%、[O]≤20×10^-4%，夹杂物中氧化物≤1级，硫化物≤1级；又如我国兵器用的枪炮钢，要求氧化物≤1.5级、硫化物≤1.5级，二者之和≤2.5级。

1.2 轧锻

轧锻 主要成形，并提高材料的致密性、均匀性及力学性能。有些钢大件经锻造及预防白点退火（预先热处理，俗称扩氢退火），能大大降低形成白点的倾向。早先认为白点形成的原因主要是钢中含氢量高（超过一定临界值）及内应力大所致。近期俄罗斯学者检测发现在白点的工件内有H₂S的存在，并且在白点的壁周有FeS存在，甚至镍钢中还有NiS的存在，它们认为白点的形成不单是H+H→H₂，而可能加热的气氛中存在硫，为此他们对加热气氛的硫含量要求控制在0.5 mg/m³以下，露点（水气）低于-40℃(当年重庆296厂引进俄罗斯150m³/h有一定还原性的天然气制氮全套设备)。还指出：如果是氢形成的白点，经锻打、预防白点退火后能焊合，而有硫化物形成的白点裂纹虽也能焊合,但会形成断链椭圆状夹杂物。

一旦有白点的材料作报废处理或改锻后裂纹焊合才能使用。

加热气氛环境下零件渗入硫，白点、硫夹杂物会导致失效、服役寿命大大降低，下面进一步讨论。

2 生产中应用天然气的环境效应

轧锻热处理中会大量使用天然气直接加热，其产生的环境效应讨论如下：

3.1天然气标准

目前城市用的天然气标准GB17820-1999《天然气技术要求》，热处理参照Ⅱ类（见表1），规定含硫（无机硫）量≤20 mg/m³，有机硫不作要求。实际上各地区、各时段成分的波动大。就重庆地区而言，其波动范围：有机硫30～248 mg/m³、无机硫10～78 mg/m³，甚至总硫量高达1100 mg/m³。文献【1】提出含硫量越低越好，文献【2、3】提出水份越低越好。

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