渗碳(carburizing)

碳溶解于固态或液态金属铁中的过程。能渗碳的物质称渗碳剂，高炉冶炼过程的渗碳剂是CO、焦炭和喷吹燃料的未燃碳，铁的氧化物从在炉身还原成海绵铁开始直至炉缸一直进行着渗碳。由于高炉内渗碳条件良好，所以生铁的含碳量基本饱和。低温下还原出来的海绵铁对CO分解起到催化作用，分解出来的炭黑吸附在海绵铁上，进而渗入铁中：2CO=[C]+CO₂反应的平衡常数

K_p=p_CO2/p/p²_CO/p a[c]

设气相％CO+％CO₂=100％，p_CO+p_CO2=p。由此可导出达到平衡时海绵铁中的含碳量：

N_c=(%CO)² p/(100-%CO)γ_C *K_p/100

理论上，经气相渗入海绵铁中固溶的碳量达0.5％。实际由于高炉煤气中CO浓度高，存在形成渗碳体的反应(2CO+3Fe=Fe₃C+CO₂)。经计算，达到平衡时海绵铁中含碳量最高可达1.5％。实际取样表明未经熔化的海绵铁绝大部分含碳量不超过1％。

在高炉内随炉料下降温度升高，渗碳后的海绵铁熔化成液体，粘附于焦炭表面进一步渗碳：3Fe₍₁₎+C=Fe₃C。取样表明，在炉腰部位铁中含碳量达2.5％～3.0％。液态生铁流经赤热的焦炭，含碳量继续上升，炉缸铁水与浸入其中的焦炭具有良好的渗碳条件。碳在液态生铁中的含量与温度有关，由Fe-C相图可知，1153℃共晶点的含碳量为4.3％，温度每升高100℃，含碳量升高0.3％。饱和碳溶解度与温度的关系式为

％C=1.3+2.57×10^-3t(℃)，该式适用于1152～2000℃的温度范围。

碳在铁中的溶解度还与铁液中溶解的其他元素有关。实验测定1600℃时各种元素对铁中碳溶解度的影响列于表中。埃利奥特(J．F．Elliott)等又考虑到温度的影响概括出如．下的经验式：

％[C]=1.34+2.54×10^-3t - 0.35[P]+0.17[Ti] - 0.54[S]+0.04[Mn]-0.30[Si]

液态生铁最终含碳量在高炉内是难于控制的。从铁口排放出来的铁水，随温度的下降，过饱和的碳将以石墨形式析出。在铁水凝固时随冷却速度的变化，碳以固溶、Fe₃C及石墨的形式存在于生铁中，含Fe₃C、Mn₃C等碳化物高的生铁，断口呈银白色称白口铁，若生铁中存在大量石墨碳、断口呈暗灰色，称灰口铁。