（3）耐延迟断裂超细化合金钢，通过淬火并回火，中碳合金结构钢将获得马氏体组织，马氏体组织具有良好的强度和韧性，在紧固件行业中被广泛用来制造高强度螺栓，但是它也是有缺点的，即在自然环境下对延迟断裂比较敏感。尤其当抗拉强度大于1200MPa、硬度大于HRC38的水平时，延迟断裂的敏感度显著提高[13]。用马氏体钢制造的12。9级的高强度螺栓被广泛应用，汽如在汽车发动机、建筑结构框架、桥梁等上面都可以看到它们的身影。但是这些螺栓的延迟断裂在常温下通常没有大的塑性变形伴随、而且经常发生在屈服强度低得多的情况下，令人不易察觉，因此成为危害极大的安全隐患。

1。4 钢材表面的脱碳层

1。4。1 钢的脱碳特性

    脱碳是指钢在高温加热条件下，钢材内部的碳原子产生热扩散，从内部扩散到表面，扩散出来的碳原子与加热炉内的氧化性气体发生反应，导致钢表层一定范围内碳原子丢失，即表面碳含量降低的现象。脱碳是钢材加热过程中常见的一种现象，并且拖碳的同时也伴随着氧化的发生，这两者是相辅相成的。脱碳过程总的来说比较复杂，但是可以概括为两个基本过程：⑴物理扩散：钢材内部的碳原子扩散到表面。⑵化学反应：扩散到金属表面的碳原子与加热炉内气体发生化学反应[15]。其化学方程式如下：

2Fe3C+O2＝6Fe+2CO        Fe3C+2H2＝3Fe+CH4

Fe3C+H2O＝3Fe+CO+H2      Fe3C+CO2＝3Fe+2CO

图1-3 钢加热时表层组织示意图

图中，1 ----表示过渡脱碳层； 2 ----表示可见脱碳层；3 ----表示由脱碳到氧化的过渡层；4 ----表示氧化皮层；2 和3 两部分整体称为全脱碳层。

钢在高温条件下，表面的碳元素与加热炉内的气体发生化学反应（O2、CO2、H20 等），从而导致钢材表层产生了一定厚度的脱碳层（少或无渗碳体的铁素体晶粒）其组织结构示意图如图1-3所示。

钢材的脱碳现象从本质上说是一种典型的扩散过程，典型的扩散过程就是物体内部某一种物质传递移动的过程。而物体内部物质的不均匀性是发生物质间相互传递的原因和动力[15]。钢材脱碳就是因为钢材在脱碳性气氛中进行高温加热时，钢材内部的碳含量高于加热炉内的碳含量，从而产生了碳浓度梯度，当碳原子在加热条件下获得足够的热动力时，碳原子必然从内部( 高碳含量) 向表层及加热炉( 低碳含量) 中扩散。

1。4。2 脱碳过程影响因素

    脱碳是一个复杂的物理冶金过程，影响钢材脱碳的因素也有很多，如钢的致密度、钢材原始脱碳程度、钢材的化学成分、加热温度、加热时间、加热炉内气氛、冷却工艺制度等。 但是实际生活生产中，最主要的影响因素是钢种的化学成分、加热温度、加热时间以及加热炉内气氛[16]。

    （1）钢料的化学成分的影响

    钢料的化学成分对脱碳有很大影响。钢中含碳量越高脱碳倾向越大，W、Al、Si、Co等元素可使钢脱碳倾向增加；而 Cr、Mn等元素能抑制钢脱碳。 

    （2）加热温度的影响

加热温度是脱碳层深度的直接影响因素。 一开始，加热温度越高，脱碳越深。因为加热温度的升高会使钢中碳原子的活动能力增加，使得钢中的碳原子更容易扩散至钢的表层，并与加热炉内的气体发上化学反应，使钢的表层的碳原子散失，从而导致脱碳现象的产生。此外，由于氧化脱碳是同时发生的，钢材在800℃以前的脱碳很轻微，但是随着加热温度的增加，900℃以后脱碳层迅速增加。尤其在1150℃附近，脱碳层出现“波峰值”，在峰值之后，脱碳层反而会随着温度的升高而减少。由于氧化和脱碳速度在不同温度下的速度是不一样的，即在较低温度时，脱碳速度大于氧化速度，此时脱碳层会随着温度的升高而增大，但是当温度到达某一点事，氧化速度和脱碳速度相同，之后氧化速度就会大于脱碳速度，脱碳层也会随着温度的升高而减少[17]。因此，对钢材进行加热处理时，采用合理的加热温度制度，能够有效地控制表层脱碳，并且应该避开脱碳层的“波峰值”。