發(fā)布時(shí)間：2018-01-06 13:32

  本文關(guān)鍵詞：鋁脫氧鋼中非金屬夾雜物細(xì)微彌散化的基礎(chǔ)研究　出處：《北京科技大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：鋼中非金屬夾雜物的類型、數(shù)量、尺寸和分布直接影響鋼材的使用性能和疲勞壽命,有時(shí)甚至是決定性因素。夾雜物由于偏聚造成鋼中某處夾雜物數(shù)量多、尺寸大,從而破壞了鋼基體的連續(xù)性,在加工和使用過程中,裂紋會(huì)在應(yīng)力集中較嚴(yán)重的大夾雜物處或者夾雜物偏聚處萌生和擴(kuò)展,最終導(dǎo)致斷裂。由此可見,夾雜物細(xì)微彌散化的研究對(duì)鋼材質(zhì)量的提高十分重要。本研究根據(jù)熱力學(xué)軟件FACTSAGE計(jì)算得到的1873 K下鋼液中不同脫氧劑添加量下平衡鋼液成分、生成夾雜物的種類和總量,設(shè)計(jì)夾雜物細(xì)微彌散化高溫實(shí)驗(yàn)方案;采用修正的Schwartz-Saltykov體視學(xué)方法實(shí)現(xiàn)夾雜物的二維尺寸分布-三維尺寸分布的轉(zhuǎn)變,利用夾雜物二維坐標(biāo)信息直觀反應(yīng)夾雜物的分布,并將夾雜物分布的彌散性定量化表征;以此表征方法為基礎(chǔ)研究無攪拌狀態(tài)下鋁脫氧、鋁鎂、鋁鈦、鋁鈣復(fù)合脫氧等條件下夾雜物的成分、形貌、尺寸、數(shù)量密度、體積分?jǐn)?shù)、分布、彌散性等特征變化及其隨時(shí)間的演變規(guī)律;根據(jù)經(jīng)典熱力學(xué)形核理論、Ostwald熟化理論、碰撞模型獲得了溶質(zhì)元素含量與夾雜物的形核半徑、形核率和熟化生長粗化率的關(guān)系圖,以及夾雜物碰撞率的變化規(guī)律;采用激光高溫共聚焦顯微鏡,結(jié)合夾雜物間毛細(xì)作用力、范德華力和液橋力的計(jì)算,探究鋼液中不同種類夾雜物行為變化的影響規(guī)律;結(jié)合高溫實(shí)驗(yàn)結(jié)果和理論計(jì)算分析,揭示了夾雜物細(xì)微彌散化機(jī)理,掌握了利于細(xì)化夾雜物尺寸和提高夾雜物分布均勻性的控制方法。高溫實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:1)脫氧3900s,[%Al=0.05時(shí),[%Mg]i=0.0.03(先加鋁后加鎂)、[%Ti]i=i=0.78、2.22和[%Ca]i=0.78四組實(shí)驗(yàn)鋼中夾雜物三維平均尺寸最小,在1.4-1.6μm范圍內(nèi),且夾雜物三維數(shù)量密度在0.35×105mm-3以上,夾雜物分布的均勻度在1.8以上。鈣處理鋼中夾雜物彌散化效果更好;2)提高鋼中鋁、鈦和鈣的添加量,以及將鎂鋁尖晶石中MgO含量控制在16%-28%范圍內(nèi),均利于夾雜物尺寸的減小;3)隨著脫氧時(shí)間的增加,夾雜物的尺寸和夾雜物界面間距呈增長趨勢,數(shù)量密度和體積分?jǐn)?shù)減小;4)夾雜物分布的均勻度變化趨勢與夾雜物間的界面間距變化趨勢相同,與夾雜物數(shù)量密度變化趨勢相反;5)先加鋁后加鎂、鈦或者鈣的脫氧順序更利于夾雜物的細(xì)微彌散化。夾雜物形核、生長和夾雜物間作用力的研究結(jié)果表明:1)夾雜物的臨界形核半徑在3nm范圍以內(nèi),隨著溶質(zhì)元素活度的增大,夾雜物的臨界形核半徑減小,氧活度對(duì)夾雜物的形核率影響較大。2)夾雜物的形核半徑越小,夾雜物的形核數(shù)量越多。隨著夾雜物的形核率的增大,夾雜物的尺寸分布曲線有變窄的趨勢。3)隨著夾雜物種類和鋼液成分的變化,夾雜物熟化生長的限制性因素隨之變化。4)隨著夾雜物數(shù)量密度的增加、夾雜物界面間距的減小、以及夾雜物形核率的減小,夾雜物的碰撞率增加。5)鋼液無攪拌狀態(tài)下,脫氧前期夾雜物的尺寸變化主要與Ostwald熟化生長有關(guān),脫氧后期,夾雜物之間的碰撞對(duì)夾雜物粗化的影響更大。6)夾雜物間聚集行為主要與夾雜物的碰撞和受力有關(guān)。鋼液表面夾雜物間平均作用力由大到小的順序?yàn)?Al2O3Al2O3-TiOxAl2O3-MgOAl2O3-CaO。7)夾雜物間毛細(xì)作用力、范德華力和液橋力與鋼中氧的活度、夾雜物的潤濕性、夾雜物的尺寸和夾雜物間界面間距有關(guān)。8)夾雜物間毛細(xì)作用力越小、范德華力越大、液橋力越小,夾雜物越不容易相互吸引、夾雜物聚集體的結(jié)構(gòu)越致密,因此,夾雜物分布越彌散。夾雜物細(xì)微彌散化的機(jī)理研究表明:在鋼液無攪拌狀態(tài)下,降低限制性擴(kuò)散元素溶解氧或者脫氧元素含量、控制夾雜物的成分、提高夾雜物的形核半徑和夾雜物的形核率、針對(duì)不同種類夾雜物控制鋼液氧活度、夾雜物的潤濕性、尺寸、夾雜物間界面間距,利于夾雜物細(xì)微彌散化。
[Abstract]:In this paper , the distribution of inclusions in molten steel is studied by means of laser high - temperature co - focusing microscope . 3 ) With the increase of the content density of inclusions , the distribution curve of inclusions of inclusions is smaller . The more compact the structure of inclusion aggregates , the more the inclusions are distributed . The mechanism of fine dispersion of inclusions shows that the content of dissolved oxygen or deoxygenated elements of the inclusions is reduced , the composition of inclusions is controlled , the nucleation radius of the inclusions and the nucleation rate of inclusions are controlled , the liquid oxygen activity of the inclusions is controlled for different kinds of inclusions , the wettability , the size of the inclusions , and the interface spacing of the inclusions are controlled to facilitate the fine dispersion of the inclusions .

【學(xué)位授予單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TF703

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1388089