钢的氧化物冶金学.pdf

承钢 技术 1 9 9 3年第 2期 6 弓 ～ 厶 斗 - j ，珍 ≈ 钢的氧 化物 冶金学 日 沟 口庄三 前言 对 于没 有 听说 过 氧 化 物 冶 金 学 一词 的 人 ， 可能 会觉得 它意 义不 明确、 不知所云 。其 实它 最 简洁 地 把积 极利 用 脱氧 产物 ， 从 而 控 制决定材料性质的析 出物这一概念表达了出 来 。 在 钢 铁材 料 的弧 光焊 接 中 ， 焊 接 部位 的 金属 组 织 ， 在适 当 的条 件下 呈 现微小 的针 状 铁 索 体 ， 有 机 的 氧化物 夹 杂就 是这针 状铁 素 体的生 成棱 ， 这一 点现在 已可 以肯定 ， 但关于 它 的构 成 ， 大家 却仍在进行 争论 。 在争论的过 程中， 一般 的只注重氧化物夹杂本身， 对于伴 随着此氧化物夹杂析出的其它析出物的复合 作用 却 不重 视 ， 我 们 以下 所述 的氧化 物冶 金 学与此相反 ， 它是把氧化物系的非金属 夹杂 作为 其 它析 出物 如硫化物 或碳氮化物 析 出 时不 可缺少 的核进 行 利用 ， 从 而赋予 材 料新 的性 质 ．因此 在我们 以下 的叙 述 中， 有意地 避免使 用夹 杂物一 词。还有一 点想提请大 家 注意 ， 那就 是我 们强 调氧化物 ， 不 仅要 把它 和 低 温冶 金现 象 有关 的东 西表 现 出来 ， 还要 把 硫化物、 碳氮化物、 铁的相变等和脱氧产物的 关系也包含进来加以综合分析。 现在， 我们暂 且丢开这些术语， 把最近大家 比较感兴趣某 些 侧面 ， 简单地作一 介绍 。 1 材质和脱氧产物 一 般 来说 ， 奥氏体晶粒 中析出微细的铁 索体 组织 钢 的韧 性 会提高 ， 但 由于 铁素 体容 易沿 着 原奥 氏体晶界 按一 定方 向进行 生 长 ， 所以破坏性的裂纹也容易就此进行扩展 ， 从 而导 致韧 性 的恶化 。 为了防止韧性恶化 ， 我 们 或者 细 化奥 氏体晶粒 ， 或者 使 晶粒 内部形 成 婪 小 平 丁 F 7 l 新 的更 多 的铁素 体 ， 适 当的脱氧 产物 粒子 的 形 成 ， 对 此有 明显 的促 进效果 。 关于这 种情 况 下 ， 微细 的铁素 体组织 的形 成 即晶粒 内部 r ／ 的楣变促进机制， 尽管有好多种说法 ， 但在 脱 氧 产物 粒 子 的基 础上析 出的 Mn S和氮 化 物 的参与这一 点却是可 以肯定 的。 从 以上观 点看 ， 我 们很有 必 要弄 清楚作 为 Mn S和 其它 析 出物 形成 核 的脱 氧产 物粒 子的形成条件。 也就是说 ， 我们研究从脱氧到 凝 固过 程 ， 即 炼钢过 程 中的氧化 物冶 金学是 十 分重要 的 。 2 炼钢过程 中的氧化绚冶金学 这项 研究 的具体 目标 ， 就 是 要搞 清楚脱 氧产物粒子的本质及它的尺寸分布 、 空间分 布。因为它对于决定材料的性能是十分重要 的 。具体如 下 1 脱氧条件 脱氧元素的种类、 添加 顺序、 添加时阉、 添加前的锕水成分、 温度、 镇 静 时间 2 铸造条件 铸造方法、 温度、 凝固速 度 、 冷 却速度 、 钢液的流动性、 偏析 防止条件 } 3 凝 固 后 的 加 工处 理 条 件 冷 却 速 度 、 温度变化 、 加工条件。 我们所需要的每一种不同性能的材料 ， 以上这些主 要 因素都 须拉 制在 一个适 当的范 围 。为了 确定这 个范 围， 需 要我 们做 多种研 究。虽然现在刚刚开始， 只搞清楚了一部分， 但 脱氧产 物 的粒 子 作 为 Mn S的 析 出核 所揭 示的结 果 ， 却是饶 有趣 味 ， 值得深思的 ． 首 先 ， 我 们把 脱氧 元素 Al 、 T i 、 矗 进 行一 下 比较 ， 试验 锕种 为低 碳锕 ， 用 s i Mn脱 氧 后 ， 分别将上述强脱氧元素加入 ， 并在坩埚内 一 63 一 己 0 维普资讯 冷 却 。 结 果加 z r 比加 A】 、 Mn S容 易析 出 其 后的研 究更僵得圄味 ． 即析 出的 Mn S更 易和 Mn的硅酸盐 ， 铝酸盐 袭和 Mn s的析出并不 是 z r在 直接起 作用 ， 而是 Mn的 硅酸 盐 t 铝 酸盐 被迫 分靛为微小分散的颗粒 间接作 用的 结果 。 随着 的超量添加 ， Mn的硅酸盐 全部 被还原而消失， 这样一来就会阻碍 Mn S的析 出。添 加 的最佳 范围， 可用复合脱氧平衡 论和速 度论连行一 定程度 的预测 ， 其 结果 还 表明 ， T j 和 比 A1 更 能促使 Ma S的析出 。 o ⑧ 粒子 表面的很少 。 坦是 ， 更 一般的某些 脱氧 产物 粒子 ， 是 能作 为其 他析 出物 的孩起作用呢这要从氧 化 物粒 子车 身 的物理性 质来 加 以考虑 ， 例 如 阳离子空穴的扩散性等。 另外， 脱氧产物粒子 的尺 寸也要控 制 在 一个 适 当的范 围 内 ， 且大 多数必须均一分布， 或者必须 添加 B等能充 分抑制晶界相变促进作用的元素。- 总之， 钢的氧化物冶金学， 要研究的课题 还很多， 我们不光要阐明它的机制 ， 还要搞清 以氧化为藿， Mn S的析出机制假说图 ①高温状态下． Mn 和 S溶解的氧化物随着温度降低 ． 氧化物过饱和 ． Mn和 s结晶 温晓进步下降． 钢中的 Mn和 s呈过饱和． 进行析出． 它的周围出现 低 Mn的打散层界 那 么， 为仟么 M n系复 合氧化 物作 为 Mn S的析 出援， 进而作 为铁索体 的生成 棱更 有利呢 作为 一 种假 设 如 图所示 ， 适 当 的 Mn 硅 酸盐 ， 在 MD s的开始 析 出温度 时 低 碳钢 约 1 6 7 3 K 呈液体 ， Mn和 S溶解在里 面 ， 随着 温 度 的 降低 ， 落 解度下 降 ， Mn S结 晶形 成 晶 胚 在这 种情况下如 果硫化物 和氧化物 的侵 润性 合适 的话 ， 硫化物粒 子就会 在氧 化物粒 子表面排 出 。 匿着温度 的进一步下降 ， 奥 氏体 中 Mn和 S的溶解度 也下 降 ， 呈过饱 和状态 ， 这 时， Mn S就在原晶胚的基础上 析出。其后 的长大， 主要是依靠奥氏体中 M n的扩散进 行 。由计 算可 以知道 ， 在 Mn S的周 围形 成一 个低 Mn浓度的扩散层界 ， 因为 Mn是 奥氏体 区稳定元 紊 ， 这佯就 使得 这一部 分的 A r 相 变温度上升， 从而有利于铁紊体的成核。 实际 上 ， Mn S多数辩着 在球 状 的 Mn系脱 氧 产物 粒子 表面 ， 附着在角 状的 A1和 脱氧 产物 一 6 4 一 楚它的适用条件 ， 为此需要新的更多的事实 依据 。 3 今后的展望 关于一次脱氧反应， 多元系的复舍脱氧 平衡和氧化 物系平衡 状态图以及脱氧反 应的 速 度论等 的研究并不 充分 。关 于二 次脱氧反 应 ， 可用凝 固过程的物理化学变化来说明， 对于 Mn s的生成反应 ， 可望从成 核和 长大机 制来说明。 不言而喻， 我们已经能有效地有条件地 利 用氧化物 系非金属 夹杂 ， 但更广 范 围实用 的可 能性还 是 个 未 知 数 ， 对 于 今后 的发 展 ， 我们拭 目以待j 译 自 钢铁} 1 9 9 1 ． 4 樊小平译 曹宝华校 维普资讯