HP295钢中铈钛的热力学计算及其细化组织作用与机理研究

摘要

“氧化物冶金”技术提出之后,受到了冶金和材料学术界的重点关注和广泛研究。它是通过利用钢中弥散、细小的氧化物夹杂促进形成晶内铁素体来细化组织,从而提高钢的韧性。国内外关于“氧化物冶金”的研究主要集中在夹杂物促进晶内铁素体形核的机制方面,而对影响晶内铁素体形成的工艺等方面缺乏系统研究。
　　本文通过热力学计算,分析了HP295钢中存在的夹杂物类型;通过观察钢中夹杂物的化学成分、形貌、尺寸及其分布,分析了这些因素对晶内铁素体形成的影响;系统研究了不同冷却速率对晶内铁素体形成的影响;探讨了晶内铁素体形核的机理。
　　通过热力学计算,分析了实验体系的钢液以及凝固过程中,加入铈/钛复合剂前后夹杂物的生成规律。结果表明,不加入铈钛复合剂时,钢液中形成的夹杂物主要为不同含量的鳞石英(SiO2)、锰铝榴石(3MnO·Al2O3·3SiO2)、莫来石(3Al2O3·2SiO2)和刚玉(Al2O3)。加入铈钛之后,钢液中可能生成Ce2O3、Ce2O2S、CeAlO3以及Ti2O3×Al2O3等。
　　利用金相显微镜和扫描电镜系统地观察了实验钢中,加铈/钛前后,各种夹杂物的化学成分、形貌以及尺寸分布,并且观察了电解得到的夹杂物的形貌,确定了钢中氧化物的类型。结果表明,钢中含铈氧化物是Ce2O3,这和热力学计算结果吻合。对夹杂物尺寸和类型的定量统计分析结果表明,本实验体系中,含铈量为0.2％,含钛量在0.03%左右,钢中可以产生尺寸较小、数量较多的含Ce2O3的夹杂物。
　　通过在1200℃奥氏体化,改变了实验钢的原奥氏体晶粒大小,讨论了不同冷却制度对晶内铁素体形成的影响。结果表明,急冷对形成晶内铁素体最为有利,钢中会产生大量细小、混乱分布的晶内铁素体组织。
　　通过对各夹杂物和Fe之间的错配度计算,得出结论:CeS、CeO2、Ce2O3、Ce2O2S四种夹杂物与钢液中α-Fe、δ-Fe的错配度小于8%,这些高熔点粒子有利于促进HP295钢液中δ-Fe的非均匀形核。钢液中可能生成的CeS、CeO2等夹杂物与HP295钢液中γ-Fe最小错配度是45.8%,其最小值都大于8%,不利于促进γ-Fe的非均匀形核。

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第一章 绪论

1.1 选题背景及意义

1.2 稀土铈在钢中的行为及作用

1.3 钛在钢中的行为及作用

1.4 氧化物冶金概述

1.5 课题的研究内容和目标

1.6 创新点

第二章 实验原料、设备及研究方法

2.1 实验原料、试剂及设备

2.2 钢中夹杂物研究方法

2.3 钢的组织研究方法

第三章 HP295钢中夹杂物的热力学研究

3.1 体系平衡组成的热力学计算方法

3.2 HP295钢中夹杂物形成的热力学计算

3.3 Ce-T i-Al-O-S体系夹杂物平衡组成热力学

3.4 本章小结

第四章 添加稀土/钛HP295钢中夹杂物的试验研究

4.1 不加稀土/钛的HP295钢中夹杂物观察及分析

4.3 钢中的钢中的Al2O3夹杂物金相及能谱图片

4.2 添加稀土/钛的HP295钢中含稀土、含钛夹杂物观察及分析

4.3 本章小结

第五章 添加稀土/钛HP295钢的组织分析

5.1 不加稀土/钛的HP295钢的组织观察及分析

5.2 添加稀土/钛的HP295钢的组织观察及分析

5.3 不同热处理对组织的影响

5.4 本章小结

第六章 钢中夹杂物细化晶粒的机理分析

6.1 钢的凝固过程

6.2 错配度的计算

6.3 组织细化机理分析

6.4 本章小结

第七章 结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

参考文献

致谢

个人简历、在校期间发表的学术论文及研究成果

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