脱炭

脱炭（または脱炭素化）は炭素含有量を減少させるプロセスであり、浸炭の反対です。

この用語は主に冶金学で使用され、金属（通常は鋼）中の炭素含有量の減少を表します。脱炭は、金属が700℃以上の温度に加熱され、金属中の炭素が酸素または水素を含むガスと反応したときに発生します。^[1]炭素が除去されると、硬い炭化物相が除去され、主に脱炭ガスと接触する表面で金属が軟化します。

脱炭化は、金属が使用される用途に応じて、有利にも不利にもなり得ます。したがって、脱炭化は、製造プロセスのステップとして意図的に実行できる場合もあれば、プロセス（圧延など）の副作用として発生し、防止するか、後で元に戻す必要がある場合（浸炭ステップなど）もあります。

脱炭化のメカニズムは、鋼表面での反応、炭素原子の格子間拡散、鋼内部の炭化物の溶解という3つの異なる事象として説明できます。^[2]

化学反応

最も一般的な反応は次のとおりです。

{\ce {C + CO2 <=> 2CO}}

ブドゥアール反応とも呼ばれる

{\ce {C + H2O <=> CO + H2}}

{\ce {C + 2H2 <=> CH4}}

その他の反応としては^[1]

{\ce {C + 1/2O2 -> CO}}

{\ce {C + O2 -> CO2}}

{\ce {C + FeO -> CO + Fe}}

電磁鋼板

電気鋼は、製造時に脱炭化を利用する材料の1つです。大気中のガスが金属自体と反応するのを防ぐため、電気鋼は窒素、水素、水蒸気の雰囲気で焼鈍されます。このとき、鉄の酸化は水素と水蒸気の割合によって特に防止され、反応する物質は炭素が一酸化炭素（CO）に酸化されるだけです。^[1]

ステンレス鋼

ステンレス鋼には、クロムやモリブデンなど、酸化されやすい添加物が含まれています。このような鋼は、水分を含まない乾燥水素と反応することによってのみ脱炭化できます。一方、湿った水素は、水分を含んだ状態で生成され、脱炭化に使用できます。^[1]

副次的な効果として

熱処理中や圧延または鍛造後に偶発的な脱炭が起こると、製品（炭素含有量が望ましい）の表面特性に悪影響を与える可能性があります。これは、材料が影響を受ける深さは、加熱の温度と時間に応じて一定であるためです。 ^[1]これを防ぐには、不活性雰囲気または減圧雰囲気を使用する、短時間の抵抗加熱を適用する、ウォーキングビーム炉で行うように材料が高熱にさらされる時間を制限する、または炭化水素雰囲気を使用してアニール中に炭素を材料の表面に移動する修復浸炭を行うなどの方法があります。^{[1]材料の脱炭された表面は、}研削によって除去することもできます。^[1]

参照

参考文献

^ abcdefg Shvartsman, LA (1973). 「脱炭化」.大ソビエト百科事典(印刷) (第3版). ニューヨーク: マクミラン. 英語版はこちら、ロシア語版はこちらでご覧いただけます。
^ Alvarenga HD; Van de Putte T.; Van Steenberge N.; Sietsma J.; Terryn H. (2009 年 4 月)。「炭化物の形態と微細構造が C-Mn 鋼の表面脱炭反応速度に与える影響」。Metall . Mater. Trans. A . 46 : 123–133. doi :10.1007/s11661-014-2600-y. S2CID 136871961。

外部リンク

クレス炉による脱炭防止 2019-07-02 にWayback Machineでアーカイブ

[TSB-1] Shvartsman, LA (1973). 「脱炭化」.大ソビエト百科事典(印刷) (第3版). ニューヨーク: マクミラン. 英語版はこちら、ロシア語版はこちらでご覧いただけます。

[Alvarenga-2] Alvarenga HD; Van de Putte T.; Van Steenberge N.; Sietsma J.; Terryn H. (2009 年 4 月)。「炭化物の形態と微細構造が C-Mn 鋼の表面脱炭反応速度に与える影響」。Metall . Mater. Trans. A . 46 : 123–133. doi :10.1007/s11661-014-2600-y. S2CID 136871961。