钢中氧化物夹杂形成过程及影响因素研究

摘要

钢铁在我国国防建设和经济建设中起着不可或缺的作用，由于钢铁材料中存在大量夹杂物，这严重影响了钢材的质量和性能，制约着钢铁材料的使用。因此，必须采取有效措施，减少钢铁材料中的夹杂物，改善钢铁材料的性能。而在夹杂物中，非金属夹杂物对钢的质量的影响是十分复杂的，夹杂物的类型、组成、形态、含量、尺寸以及分布等都能严重影响钢铁材料的质量和性能。了解这些因素与钢铁材料质量性能的关系，进而有目的地加以控制，从而改善钢的质量，这便是研究钢中夹杂物的主要目的。 本论文通过基础热力学和动力学计算模拟了夹杂物形核、聚并和长大过程的行为，得出影响夹杂物形成过程的因素，并通过高温实验研究了Al、Ti、Zr、Ca及Al-Ti、Ti-Zr等对钢中夹杂物的影响规律及其作用机理，得出不同脱氧剂的添加对钢中夹杂物形貌、成分、粒度分布的影响，并通过验证夹杂物是否带电来进一步研究钢中夹杂物的形成规律。 添加Al、Ti、Zr、Ca及Al-Ti、Ti-Zr脱氧剂时，最终得到的夹杂物的微观形貌在没有聚合之前几乎是球形，且夹杂物的尺寸相差不是很大，Al、Ti、Zr、Ca及Al-Ti、Ti-Zr等脱氧剂由于形核率和长大率不同，致使夹杂物的数目、尺寸都不相同。夹杂物的成分在聚合前后不会改变，单一添加Ti、Zr、Al、Ca脱氧剂，其夹杂物的主要成分是相应脱氧剂的氧化产物。复合添加Al-Ti脱氧剂，夹杂物的主要成分是Al2O3-TixOy，内部以Al2O3为主，外部包围着TixOy。复合添加Ti-Zr脱氧剂，夹杂物的主要成分是TixOy-ZrO2，外层主要以TixOy为主，内部主要是ZrO2。 利用单一添加脱氧剂Ti和复合添加脱氧剂Ti-Zr，分别在正常条件和静电保护条件下进行脱氧，夹杂物的总数目在静电保护条件下会随着保温时间的增加而增多，而夹杂物的平均直径改变不大，夹杂物的成分也不会改变。

目录

声明

摘要

1．1前言

1．2钢中非金属夹杂物分类

1．3对钢中夹杂物作用的评价

1．3．1夹杂物的含量

1．3．2夹杂物的尺寸

1．3．3夹杂物的分布

1．3．4夹杂物的聚集状态

1．3．5夹杂物的物理性质和变形能力

1．4非金属夹杂对钢性能的影响

1．4．1机械性能的影响

1．4．2水口结瘤现象

1．5小尺寸非金属夹杂物的利用

1．6影响夹杂物粒子的因素

1．6．1夹杂物的类型／脱氧剂对夹杂物的影响

1．6．2冶炼工艺对钢中显微夹杂物数量的影响

1．6．3钢中氧浓度

1．6．4在炼钢温度下的保存时间及冷却速率

1．7钢中夹杂物研究现状

1．8钢中夹杂物的去除

1．9研究的目的意义及内容

第2章氧化物夹杂析出的热力学计算

2．1 Al-O的热力学计算

2．2 Ti-O的热力学计算

2．3 Ti-Al-O系热力学计算

2．4 Ca-Al-O系热力学计算

2．5 Zr-Ti系热力学

2．6本章小结

第3章夹杂物成核、聚并长大动力学算法研究

3．1群体平衡方程

3．2定点矩方法

3．3算法的主要流程

3．4微观行为的处理

3．4．1夹杂物成核过程

3．4．2夹杂物长大过程

3．4．3颗粒聚并碰撞过程

3．5模拟算例

3．5．1间歇操作过程的聚并与长大

3．5．2间歇操作过程的成核、长大与聚并

3．6本章小结

第4章影响夹杂物形成过程的实验研究

4．1实验方案

4．1．1实验目的

4．1．2实验原材料及实验装置

4．1．3实验步骤

4．1．4检测设备

4．2实验结果分析与讨论

4．2．1定量金相结果分析及讨论

4．2．2扫描电镜检测分析

4．3本章小结

第5章静电保护对氧化物夹杂形成过程的影响

5．1实验方案

5．1．1实验原材料及实验装置

5．1．2实验步骤

5．1．3检测设备

5．2实验结果分析与讨论

5．2．1单一脱氧剂不同操作条件对钢中夹杂物分布的影响

5．2．2复合脱氧剂不同操作条件对钢中夹杂物分布的影响

5．2．3扫描电镜检测分析

5．3本章小结

第6章结论

参考文献

致谢

攻读学位期间获得成果