钢的热处理应当在还原性气氛中进行，在加热过程中能保护工件，免于氧化、脱碳的炉气即为保护气氛，作为淬火加热工序应确保零件的表面状态没有发生改变，下面为热锻模具、结构钢零件保护加热时，通常的保护气氛的成分下表。

零件在加热过程中，为保护零件免于氧化和脱碳，在具有还原性的气氛中完成热处理，可以获得无氧化、不脱碳的光亮表面，提高了表面质量，同时也省去了酸洗、抛丸或喷砂工序，提高作业效率、明显降低了生产成本。

保护气氛的种类很多，为了便于了解其特性，下面分别加以介绍，供零件在加热过程中正确选用。同时应特别注意在气氛的选择上，要考虑到产品的批量、材料的类型、热处理设备的现状、工艺水平的高低、热处理产品质量的技术要求等，在经过工艺验证后才能确定采用何种保护气氛，这对于保护零件的表面质量至关重要。

(1)可控气氛

可控气氛炉内的气氛可以进行有效控制，确保其在一个合理的范围内，实现零件热处理无氧化和脱碳现象的发生。

①可控气氛的原理其原理在前面已经讲解，根据化学反应的平衡原理，增加正方向反应产物CO和H₂的含量将导致正反应过程的停止或减弱，假如CO和H₂的含量升高到一定程度，反应将朝逆方向进行，即得到还原性气氛。控制好炉气中CO₂/CO和H₂O/H₂的比值，就能完全控制整个化学反应的趋势和方向，也就能控制钢铁零件表面的氧化和脱碳的过程。

钢铁零件在不同温度下，CO₂/CO及H₂O/H₂的比值与铁的氧化还原反应的平衡关系，两条曲线分别为BOC和AOD，从图中可以看出两条曲线的变化规律不同，但其共同点为在两条线的左侧均为还原区域，而右侧是氧化区域，另外在BOD区间内，CO₂/CO的氧化区与H₂O/H₂的还原区重叠。我们重点分析以下钢铁在炉内气氛中，温度和CO₂/CO及H₂O/H₂比值的关系对表面质量状态的影响。查找AD线在950℃时，当气氛中的CO₂/CO=0.4，则炉内氧化和还原的速度相等，整个反应处于平衡状态。此时钢表面无氧化和脱碳现象发生，即可实现无氧化脱碳的加热过程。相反如果CO₂/CO比值>0.4，将发生Fe+CO₂→FeO+CO氧化反应，钢中铁原子被氧化成氧化铁，而CO₂/CO比值小于0.4，将发生FeO+CO→Fe+CO₂的还原反应，氧化铁被还原为铁原子。随着温度的改变，CO₂/CO的平衡值也会发生变动，即温度越高则平衡值越小，因此为了确保钢铁零件在保护气氛中不被氧化，要求加热温度提高时，CO₂/CO的平衡值应愈小愈好。

需要注意的是热处理炉内的炉气会同时包含有CO₂、CO、H₂O和H₂，因此在某一温度下进行炉内成分的分析时，要综合考虑气氛的作用。在热处理常用加热温度范围内(700～950℃)要避免钢的氧化，应使炉内气氛CO₂/CO的值相应控制在0.4～0.7，而H₂O/H₂比值应为0.4～0.5。

在不同的加热温度下，钢中的含碳量与CO₂/CO及H₂O/H₂的比值具有一定的平衡关系，从图中可知，要防止钢发生脱碳，只有将CO₂/CO及H₂O/H₂的比值控制在更小的范围内，这一点需引起我们的高度重视，例如在850℃加热含碳量小于0.5%的碳钢，应将CO₂/CO及H₂O/H₂的比值均降到0.04以下，才能防止钢的脱碳。总之，综合炉内零件的化学成分、炉内气氛、装炉方式和热处理设备的类型等几个方面进行考虑，将炉内的气氛只要控制在一定的温度范围内，即可确保钢加热时免于氧化和脱碳。

需要注意的是为确保零件在可控气氛中实现无氧化、脱碳加热，要求炉内的保护气氛稳定；炉膛密封性要好，避免空气的混入；炉内气体呈现正压。因此在实际的热处理过程中，严格执行工艺要求是确保零件表面质量的前提，同时应当切实做好保护气氛不间断的相关准备工作。

②几种常见的可控气氛 关于可控气氛的选用原则为：钢铁零件的化学成分、热处理的技术要求，原料的来源和成本价格等。在实际热处理过程中采用多种气氛，确保零件在加热过程中无氧化、脱碳现象，实现零件的表面状态的清洁和成分的稳定。