石墨化

低碳鍋爐鋼的石墨化是1943年被發現的。當時美國某電廠一條由0.5%Mo鋼製的φ325×36mm主蒸汽管道在505℃運行了5年半后，突然在焊縫熱影響區一個截面上脆斷，造成廠房損壞和人員傷亡。事後檢驗發現斷裂處析出了大量的鏈狀石墨，鋼的衝擊韌性降低到接近零的水平。這一事故引起了世界各國的注意，並因此規定了要定期對低碳鉬鋼管作石墨化檢驗。繼后檢驗發現，低碳鋼和低碳鉬鋼過熱器管和主蒸汽管道等在高溫下長期運行后，石墨化現象是普遍存在的。

向鋼中加入Cr、Ti、Nb等合金元素，均能阻止石墨化過程；另外，在冶鍊時不能用促進石墨化的Al脫氧；採用退火或回火處理也能減少石墨化傾向。

一般是在2000～3300℃的氬氣或者氮氣氣氛中進行，在該過程中分子結構在原碳化基礎上，進一步形成類石墨的“亂層結構”，除碳以外的其他雜原子進一步氣化而降至1%以下，因此碳純度較高，纖維模量和耐熱性和導電性等隨石墨化溫度的提高而提高，而強度和伸長率有所下降。

石墨化是利用熱活化將熱力學不穩定的碳原子實現由亂層結構向石墨晶體結構的有序轉化，因此，在石墨化過程中，要使用高溫熱處理（HTT）對原子重排及結構轉變提供能量。為了使難石墨化炭材料的石墨化度得到提高，也可以使用添加催化劑方法，稱為催化石墨化。

鋼在高溫、應力長期作用下，由於珠光體內滲碳體自行分解出石墨的現象，Fe3C-->3Fe+C(石墨),稱為石墨化或析墨現象。石墨化的第一步是珠光體球化，石墨化是鋼中碳化物在高溫長期作用下分解的最終結果，石墨化使鋼材發生脆化，強度和塑性降低，衝擊韌性降低的更多。

鋼中滲碳體分解成為遊離碳並以石墨形式析出，在鋼中形成石墨“夾雜”的現象。火力發電廠鍋爐鋼管等高溫構件，用低碳鋼和低碳鉬鋼等不含鉻的珠光體耐熱鋼，在高溫長期運行過程中會隨時間而產生石墨化。

石墨化現象只出現在高溫下。對碳素鋼和碳錳鋼，當在溫度425oC以上長期工作時都有可能發生石墨化。溫度升高，使石墨化加劇，但溫度過高，非但不出現石墨化現象，反而使己生成的石墨與鐵化合成滲碳體。要阻止石墨化現象，可在鋼中加入與碳結合能力強的合金元素，如鉻、鈦、釩等，但硅、鋁、鎳等卻起促進石墨化的作用。設計中可以採取的措施有：改變材質，如選擇適合於中溫條件下使用的壓力容器用Cr-Mo鋼；降低容器的設計使用壽命；適當提高容器的殼體厚度和降低受壓元件應力水平等。

在低碳鋼和低碳鉬鋼等珠光體耐熱鋼中，可以同時發生珠光體球化和石墨化過程，這是由於兩過程有相同的影響因素(如溫度等)作用的緣故。但是，由於兩過程又有不同的影響因素，如鋁的影響等，並非球化進程同時一定發生石墨化進程。

為評定石墨化的影響制定的石墨化級別，是一組具有不同程度石墨化的金相圖片，以便在電廠金相檢驗時對照用。一般按析出石墨量的多少分成四個等級：1級為石墨化現象不明顯，2級為已明顯石墨化，3級為已嚴重石墨化，4級為已很嚴重的石墨化。通常在石墨化3～3.5級時，鋼中60%左右的碳均已成為石墨。