在熔炉中，氮气主要用于创造一个受控的、非反应性的（惰性的）气氛。其主要功能是排除大气中的氧气和水分，从而防止氧化和氧化皮等不必要的化学反应，这些反应会损害被热处理的材料。
在熔炉中使用氮气不是为了向工艺中添加什么东西；而是为了去除具有破坏性的东西：氧气。通过用惰性氮气替代活泼的空气，您可以创建一个保护屏障，在高温处理过程中保持金属的完整性和表面质量。
核心问题：失控的熔炉气氛
当钢等材料被加热到几百摄氏度时，其化学反应活性会急剧增加。我们呼吸的普通空气对最终产品的质量构成了重大威胁。
氧化的威胁
在高温下，空气中的氧气会与金属（尤其是钢等黑色金属合金）发生剧烈反应。这种反应，即氧化，会在金属表面形成一层氧化皮或氧化物。
这种氧化层是有害的。它会导致材料损失、表面光洁度差，并可能干扰后续的涂层或焊接等工艺。
脱碳的危险
对于许多钢材来说，碳含量对其强度和硬度至关重要。热熔炉气氛中的氧气会与钢材内部的碳发生反应，将其从表面带走。
这个过程被称为脱碳，会在部件外部留下一个柔软、弱化的层，可能导致部件过早失效。
为什么环境空气是敌人
环境空气中约有 78% 是氮气，21% 是氧气，并含有可变量的水蒸气。在热处理所用的温度下，氧气和水蒸气都是强氧化剂，使得失控的熔炉成为一个高度腐蚀性的环境。
氮气如何解决问题
将纯氮气引入熔炉直接抵消了环境空气带来的威胁。它通过一个简单而有效的原理发挥作用。
创造惰性屏障
由于氮气（N₂）分子中的两个原子之间存在牢固的三键，在大多数热处理温度下，氮气都具有极高的稳定性和非反应性。这种惰性特性意味着它不会与被加工的金属发生反应。
置换原理
通过不断向密闭熔炉中输送氮气，您可以物理地排出或置换环境空气。这种吹扫作用将有害的氧气和水分从热金属部件周围的环境中清除出去。
维持正压
一旦熔炉被吹扫干净，就会保持低流量的氮气。这会在熔炉内部产生轻微的正压。如果熔炉密封处存在任何微小泄漏，正压会确保氮气流出，防止有害氧气渗入。
了解权衡和风险
尽管氮气非常有效，但使用它也并非没有自身的考虑因素。客观分析需要了解其局限性。
并非总是完全惰性
在极高温度下，或对于钛、铝或某些高铬不锈钢等高反应性金属，氮气可能会停止表现出惰性。它可能会反应在金属表面形成氮化物，这有时会导致脆化。
纯度和成本
氮气气氛的有效性取决于其纯度。即使是微量的氧气污染也可能足以引起表面变色或轻微氧化。无论是从散装储罐还是现场制氮机中获得高纯度氮气并维持其纯度，都代表着显著的运营成本。
关键安全注意事项
氮气是一种无色、无味的气体，会取代氧气。在密闭空间内，氮气泄漏可能造成缺氧环境，对人员构成严重的窒息危险。适当的通风、密封和氧气监测是不可或缺的安全要求。
为您的工艺做出正确的选择
您的熔炉气氛目标决定了其组成。氮气是实现特定结果的基础工具。
- 如果您的主要重点是防止碳钢发生一般性氧化和脱碳： 高纯度氮气气氛是实现清洁、保护性环境的行业标准解决方案。
- 如果您的主要重点是处理高度敏感的合金或实现尽可能光亮的表面： 您可能需要氮氢混合气（“还原性”气氛）来主动清除任何残留的痕量氧气。
- 如果您的主要重点是故意硬化部件表面： 您将使用专门的反应性气氛，例如在氮化过程中，其中氮气是旨在与钢反应的关键成分。
最终，用氮气控制熔炉气氛能让您直接掌控产品的质量、一致性和最终性能。
总结表：
| 熔炉中氮气的用途 | 主要益处 |
|---|---|
| 置换氧气和水分 | 防止金属表面氧化和氧化皮形成 |
| 创造惰性气氛 | 在高温加工过程中保护材料的完整性 |
| 防止脱碳 | 维持钢材中关键的碳含量，以保证强度和硬度 |
| 维持正压 | 通过防止空气进入来确保一致、受保护的环境 |
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