加热工艺制度对含硅钢氧化行为影响研究

摘要

本研究基于含硅钢氧化行为研究现状，根据现场工业加热制度，利用同步热分析仪(STA)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)等手段研究不同加热工艺参数对含硅钢氧化行为的影响;采用Image-pro Plus6.0分析软件确定Fe2SiO4层的渗透深度;通过高温共聚焦激光显微镜原位观察Fe2SiO4的熔化过程。
　　本研究主要内容包括：⑴含硅钢等温氧化过程中，氧化增重随时间呈抛物线关系。但本文研究证明，含硅钢在等温氧化过程中，有一个临界时间点(tc)，在临界时间点之后，氧化速率常数随着温度的升高而增加，氧化增重与时间呈抛物线关系，氧化动力学中模型系数A为常数;在临界时间点之前，氧化速率常数与温度无关，氧化增重与时间呈线性关系，模型系数A是随着温度升高而降低的变量。另外，临界时间点随着温度的升高而增加。这是本文的主要创新点之一。⑵当保温温度高于硅酸亚铁熔点温度时，氧化速率与温度和时间无关，与氧气含量呈线性增加关系，氧化总增重与温度无关，只取决于氧化气氛和时间，氧化总增重与氧化气氛和时间呈线性增加关系。⑶硅元素在含硅钢中的分布主要有三种:一是以Fe2SiO4形式存在于铁皮最内层，二是存在于铁基体内的含硅颗粒中，三是连续分布在金属晶界上。共晶Fe2SiO4/FeO形貌分为两种，一种是FeO呈颗粒状分布在Fe2SiO4上，另一种是FeO呈片层状分布在Fe2SiO4上。这也是本文的主要创新点之一。⑷硅含量减少时，氧化总增重增加，但对高温段（大于Fe2SiO4熔点温度）氧化速率基本无影响。加热温度高于Fe2SiO4熔点温度后，Fe2SiO4呈网格状分布，其形貌和渗透深度主要与氧气含量和氧化时间有关。⑸在含硅钢中增加P含量，可以降低Fe2SiO4/FeO熔化温度，从而有效的改善除磷能力，减少红色氧化铁皮的形成。⑹在加热温度和加热时间相同的情况下，采用低温慢速加热+高温快速加热有利于减少Fe2SiO4网格状分布。

目录

声明

摘要

1．1 研究背景

1．2 氧化铁皮基础理论

1．2．1 氧化铁皮的分类

1．2．2 低碳钢氧化铁皮的形成与组成

1．2．3 含硅钢氧化铁皮的形成与组成

1．2．4 含硅钢红色氧化铁皮的形成机理

1．2．5 炉生氧化铁皮形成的影响因素

1．3 纯铁氧化动力学

1．3．1 氧化反应前期

1．3．2 氧化反应后期

1．4 国内外氧化铁皮研究现状

1．5 本文研究内容及意义

2．1 实验目的

2．2 实验材料及方案

2．2．1 工业加热炉氧化实验及试样制备

2．2．2 氧化铁皮分析实验

2．3 标样背散射电子图像

2．4 标样能谱分析

2．5 Si元素分布规律及Fe2SiO4／FeO共晶结构

2．5．1 Si元素分布规律

2．5．2 Fe2SiO4／FeO共晶结构

2．6 本章小结

第3章 氧气含量对含硅钢氧化行为的影响

3．1 实验材料及方案

3．2 氧化铁皮形貌

3．2．1 高硅(Si：1．2 1 wt．％)实验钢氧化铁皮形貌

3．2．2 低硅(Si：0．2 5 wt．％)实验钢氧化铁皮形貌

3．3 氧化动力学分析

3．3．1 高硅(Si：1．2 1 wt．％)实验钢氧化动力学分析

3．3．2 低硅(Si：0．2 5 wt．％)实验钢氧化增重分析

3．4 两种不同硅含量氧化气氛实验对比

3．5 本章小结

第4章 加热温度对含硅钢氧化过程的影响

4．1 实验材料及方案

4．2 氧化铁皮形貌

4．3 氧化增重分析

4．4 本章小结

第5章 含硅钢等温氧化动力学研究

5．1 实验材料及方案

5．2 不同温度下Fe2SiO4的形貌及含量

5．3 氧化动力学分析

5．4 本章小结

第6章 加热速率对含硅钢氧化行为的影响

6．1 实验材料及方案

6．2 氧化铁皮形貌

6．3 Fe2SiO4的含量及氧化增重分析

6．4 本章小结

第7章 磷元素对Fe2Si04熔化温度和形貌的影响

7．1 实验目的

7．2 实验材料及方案

7．2．1 工业氧化实验

4．2．2 Fe2SiO4熔化原位观察实验

7．3 实验结果

7．3．1 Fe2SiO4相中元素的分布

7．3．2 Fe2SiO4熔化过程原位观察结果

7．4 本章小结

8．1 总结

8．2 主要创新点

8．3 课题展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

攻读硕士学位期间参加的科研项目