氧化物冶金技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展

史美倫 段貴生

(安陽(yáng)鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司)

氧化物冶金技術(shù)應(yīng)用及進(jìn)展

史美倫 段貴生

(安陽(yáng)鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司)

氧化物冶金是利用鋼中細(xì)小非金屬夾雜物誘導(dǎo)晶內(nèi)鐵素體形核細(xì)化晶粒的新技術(shù)。應(yīng)用氧化物冶金技術(shù)已成功開(kāi)發(fā)出了高強(qiáng)度高韌性的非調(diào)質(zhì)鋼和低碳鋼。文章討論了氧化物冶金類(lèi)型鋼的顯微組織特征，分析了鋼中非金屬夾雜物的性質(zhì)和晶內(nèi)鐵素體的形核機(jī)理，簡(jiǎn)述了氧化物冶金技術(shù)的應(yīng)用前景。利用鋼中細(xì)小的氧化物，通過(guò)促進(jìn)晶內(nèi)針狀鐵素體形核明顯改善焊接熱影響區(qū)的組織，成為大線(xiàn)能量焊接用鋼有效的技術(shù)途徑。

氧化物冶金 非金屬夾雜物 晶內(nèi)鐵素體 大線(xiàn)能量焊接 低溫韌性

0 前言

二十世紀(jì)七十年代，日本學(xué)者M(jìn) assyoshi Hasegawa等研究發(fā)現(xiàn)，向鋼流中噴入尺寸小于120 nm的A l2O3、ZrO2等氧化物顆粒，使其細(xì)小、彌散分布，能提高鋼的硬度、彈性強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度[1]。這意味著細(xì)小分布的夾雜物對(duì)鋼材性能的作用與普通煉鋼工藝下產(chǎn)生的尺寸較大氧化物夾雜物有本質(zhì)不同。

鋼鐵材料因高的強(qiáng)度與良好的低溫沖擊韌性而在機(jī)械工程制造業(yè)中占據(jù)著重要地位。進(jìn)入21世紀(jì)后，機(jī)械工程結(jié)構(gòu)向巨型化、高參量方向發(fā)展，對(duì)鋼鐵材料性能提出了更高要求。細(xì)化晶?？商岣咪撹F材料強(qiáng)度與韌性，氧化物冶金技術(shù)應(yīng)用于細(xì)化鋼鐵材料晶粒已成功地用于非調(diào)質(zhì)鋼、微合金低碳鋼、管線(xiàn)鋼的開(kāi)發(fā)。對(duì)于彌散細(xì)小氧化物在鋼中改善鋼材性能的作用，越來(lái)越趨于共識(shí)。本文介紹了氧化物冶金技術(shù)及其應(yīng)用的新進(jìn)展。

1 氧化物冶金的概念和思路

氧化物冶金(OxidesM etallurgy)這一名詞，1990年正式由日本新日鐵高村等人提出[2]。傳統(tǒng)認(rèn)為，非金屬夾雜物是鋼材表面和內(nèi)部缺陷的成因，是鋼中有害物質(zhì)，針對(duì)不同生產(chǎn)流程和鋼種，要求控制鋼中非金屬夾雜物的形態(tài)、性質(zhì)和分布。實(shí)際上，大型非金屬夾雜物往往是有害的，而幾個(gè)微米以下的氧化物，控制其分布狀態(tài)、組成和尺寸，鋼材性能可能出現(xiàn)質(zhì)的變化?？刂蒲趸锝M成和使之細(xì)小、彌散化，分散成為析出核心以控制材料性能的技術(shù)，稱(chēng)之為氧化物冶金。

研究焊縫金屬的顯微組織與強(qiáng)度、韌性之間關(guān)系時(shí)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)焊縫金屬奧氏體晶內(nèi)的非金屬夾雜物周?chē)兴漆槧畹蔫F素體顯微組織時(shí)，焊縫金屬不僅具有高強(qiáng)度，而且具有良好的低溫沖擊韌性。這些似針狀的鐵素體顯微組織被稱(chēng)為針狀鐵素體 (A cicular Ferrite，簡(jiǎn)稱(chēng)AF)。針狀鐵素體在奧氏體晶內(nèi)形成的，又稱(chēng)為晶內(nèi)鐵素體 (Intra-granu lar Ferrite，簡(jiǎn)稱(chēng) IGF)。晶內(nèi)鐵素體往往在非金屬夾雜物上形核，夾雜物主要為 Ti、A l的氧化物與M n的硫化物形成的氧、硫復(fù)合物，利用氧化物冶金提高強(qiáng)度和韌性的基本思路可概括為：

1)鋼中鐵素體晶粒粗大導(dǎo)致韌性降低，細(xì)化奧氏體晶粒可細(xì)化鐵素體晶粒。

2)利用控軋 -控冷技術(shù)和細(xì)小彌散的碳氮化物在晶界沉淀析出可阻止奧氏體晶粒粗化，但在焊接過(guò)程中熱影響區(qū)會(huì)發(fā)生晶粒粗化，導(dǎo)致韌性急劇下降。

3)在原奧氏體晶內(nèi)形核，產(chǎn)生大量的晶內(nèi)鐵素體，即使奧氏體晶粒粗大，也可獲得晶粒細(xì)小的顯微組織。晶內(nèi)鐵素體具有自身細(xì)化能力，能抑制焊接熱影響區(qū)的晶粒粗化。

4)適當(dāng)條件下，一些非金屬夾雜物可誘導(dǎo)晶內(nèi)鐵素體形核，細(xì)化鋼的晶粒。

氧化物冶金利用晶內(nèi)轉(zhuǎn)變細(xì)化組織的方法，實(shí)質(zhì)就是通過(guò)控制氧化物進(jìn)而控制硫化物、碳氮化物和其它非金屬夾雜物的尺寸、大小與形態(tài)。鋼中硫化物、碳氮化物等析出物通常在晶界、位借密度高處析出，以氧化物等異相物質(zhì)為核心發(fā)生非均質(zhì)形核，在鋼液凝固后多數(shù)析出物細(xì)小分散，從而可望達(dá)到控制性能目的。

2 氧化物冶金的理論基礎(chǔ)與組織特征

2.1 兩次匹配異質(zhì)形核理論

金屬凝固形核方式有均勻形核和異質(zhì)形核兩種。由均勻母相中形成新相結(jié)晶的過(guò)程稱(chēng)為均勻形核。金屬實(shí)際凝固時(shí)的形核多依附在液體金屬中的外來(lái)固體質(zhì)點(diǎn)的表面上形核，加入高熔點(diǎn)相形成元素可加快異質(zhì)形核。

判斷一個(gè)固體粒子能否作為異質(zhì)形核核心，主要看是否滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)相似和尺寸相當(dāng)?shù)臈l件，即點(diǎn)陣匹配原理。異質(zhì)形核由外來(lái)固體質(zhì)點(diǎn)和金屬相之間的直接匹配稱(chēng)為一次匹配形核。若一種外來(lái)固體質(zhì)點(diǎn)作為另一種外來(lái)固體質(zhì)點(diǎn)的形核核心，所形成的復(fù)合固體質(zhì)點(diǎn)又作為金屬相的形核核心，這種方式被稱(chēng)為兩次匹配異質(zhì)形核。兩次匹配異質(zhì)形核是三種物質(zhì)間的匹配，其中間物質(zhì)起到了緩解最內(nèi)層的外來(lái)固體質(zhì)點(diǎn)和金屬相之間晶格常數(shù)和生成自由焓變等方面的差異，起到了促進(jìn)異質(zhì)形核的作用。

2.2 鋼中晶內(nèi)鐵素體形核機(jī)理

關(guān)于晶內(nèi)鐵素體形核、長(zhǎng)大機(jī)理的研究報(bào)道主要有[3]：

1)應(yīng)力 -應(yīng)變能機(jī)理。認(rèn)為鋼中夾雜物的線(xiàn)膨脹系數(shù)比奧氏體小，冷卻過(guò)程中在非金屬夾雜物周?chē)纬奢^大的應(yīng)力 -應(yīng)變場(chǎng)。晶內(nèi)鐵素體在非金屬夾雜物上形核、長(zhǎng)大，降低非金屬夾雜物附近的應(yīng)力 -應(yīng)變能。在300℃～850℃，M nS的線(xiàn)膨脹系數(shù)為18.1×10-6，鋼的線(xiàn)膨脹系數(shù)為23.0×10-6，兩者差別不大。M nS是誘導(dǎo)晶內(nèi)鐵素體形核的重要非金屬夾雜物之一，應(yīng)力 -應(yīng)變能機(jī)理說(shuō)明非金屬夾雜物整體共同作用誘導(dǎo)晶內(nèi)鐵素體形核。

2)最小錯(cuò)配度機(jī)理。認(rèn)為夾雜物與鐵素體有較小的錯(cuò)配度，晶內(nèi)鐵素體在非金屬夾雜物上形核需要的能量較低，易于形核、長(zhǎng)大。最小錯(cuò)配度機(jī)理說(shuō)明非金屬夾雜物表面物質(zhì)在晶內(nèi)鐵素體形核、長(zhǎng)大過(guò)程中起主導(dǎo)作用。然而，M adariaga等[4]研究表明，雖 Ti2O3與鐵素體的錯(cuò)配度高達(dá)26.8，但 Ti2O3仍是誘導(dǎo)晶內(nèi)鐵素體形核較活躍的非金屬夾雜物之一。

3)局部成分變化機(jī)理。認(rèn)為夾雜物能吸收奧氏體附近的合金元素M n，造成附近奧氏體出現(xiàn)貧M n區(qū)，降低了奧氏體穩(wěn)定性，誘導(dǎo)晶內(nèi)鐵素體在非金屬夾雜物上形核、長(zhǎng)大。

4)惰性界面能機(jī)理。認(rèn)為非金屬夾雜物作為惰性介質(zhì)表面，成為晶內(nèi)鐵素體的形核核心，從而降低形核的能壘，晶內(nèi)鐵素體更容易在奧氏體晶界上形核、長(zhǎng)大。

盡管提出了4種晶內(nèi)鐵素體形核機(jī)理，但各機(jī)理間存在矛盾之處：如：應(yīng)力 -應(yīng)變能機(jī)理說(shuō)明非金屬夾雜物的尺寸大小起主導(dǎo)作用，而最小錯(cuò)配度機(jī)理認(rèn)為非金屬夾雜物表面對(duì)誘導(dǎo)晶內(nèi)鐵素體形核起主導(dǎo)作用。局部成分變化機(jī)理說(shuō)明非金屬夾雜物附近奧氏體中的合金元素M n起主導(dǎo)作用，而惰性界面能機(jī)理說(shuō)明非金屬夾雜物與奧氏體之間存在較高的界面能，鐵素體在非金屬夾雜物上形核可降低能壘。

總之，認(rèn)為晶內(nèi)鐵素體形核機(jī)理與非金屬夾雜物的性質(zhì)有關(guān)，不同非金屬夾雜物表現(xiàn)出不同的機(jī)理，也可能是多種機(jī)理共同作用的結(jié)果。如 TiN與鐵素體的錯(cuò)配度較小，這時(shí)錯(cuò)配度機(jī)理起主導(dǎo)作用；mnS體現(xiàn)出的是局部成分變化機(jī)理，復(fù)合非金屬夾雜物表現(xiàn)為應(yīng)力 -應(yīng)變能機(jī)理。所以，非金屬夾雜物誘導(dǎo)晶內(nèi)鐵素體形核的機(jī)理有待深入研究。

2.3 晶內(nèi)鐵素體顯微組織特征

氧化物冶金類(lèi)型鋼的顯微組織主要由非金屬夾雜物與晶內(nèi)鐵素體組成，這時(shí)的非金屬夾雜物是鋼中相的重要組成部分。它們共同起到細(xì)化晶粒提高鋼強(qiáng)度與韌性的作用。

晶內(nèi)鐵素體的相轉(zhuǎn)變溫度為680℃～420℃，屬于中溫轉(zhuǎn)變。晶內(nèi)鐵素體均在奧氏體晶內(nèi)的非金屬夾雜物上形核、長(zhǎng)大，每個(gè)非金屬夾雜物上往往有多個(gè)晶內(nèi)鐵素體板條，呈放射性狀晶內(nèi)鐵素體板條，平均尺寸0.1μm～3.0μm，板條內(nèi)有細(xì)小碳化物和高密度位錯(cuò)，板條之間相互連鎖，分布在原奧氏體晶內(nèi)。一方面晶內(nèi)鐵素體能使鋼的晶粒細(xì)小化，另一方面晶內(nèi)鐵素體板條之間為大角度晶界，板條內(nèi)的微裂紋解理跨越晶內(nèi)鐵素體時(shí)要發(fā)生偏轉(zhuǎn)，擴(kuò)展需消耗很高的能量。因此，氧化物冶金類(lèi)型鋼表現(xiàn)出高的強(qiáng)度和韌性。

一定條件下，由非金屬夾雜物誘導(dǎo)生成的晶內(nèi)鐵素體晶界上可以生長(zhǎng)出新的晶內(nèi)鐵索體，使鋼的晶粒更加細(xì)化，有很強(qiáng)的自身細(xì)化晶粒的能力。由非金屬夾雜物誘導(dǎo)形核形成的晶內(nèi)鐵素體稱(chēng)為一次晶內(nèi)鐵素體 (First Intra-granu lar Ferrite)，在一次晶內(nèi)鐵素體晶界上形成的晶內(nèi)鐵素體稱(chēng)為二次晶內(nèi)鐵素體 (secondary Intra-granu lar Ferrite)。二次晶內(nèi)鐵素體的形核稱(chēng)為感生形核 (Sympathetic Nucleation)，由此形成的晶內(nèi)鐵素體又稱(chēng)為感生晶內(nèi)鐵素體 (sympathetic Intra-granular Ferrite)。利用晶內(nèi)鐵素體感生形核具有自身細(xì)化晶粒的特點(diǎn)，可有效地解決焊接熱影響區(qū)韌性下降問(wèn)題。

盡管許多學(xué)者發(fā)現(xiàn)了晶內(nèi)鐵素體感生形核現(xiàn)象，但對(duì)有關(guān)晶內(nèi)鐵素體的感生形核規(guī)律、感生形核條件和影響晶內(nèi)鐵素體感生形核的因素了解較少，積累的數(shù)據(jù)也不多。

3 非金屬夾雜物的作用與控制

非金屬夾雜物是氧化物冶金類(lèi)型鋼顯微組織的重要組成部分，其作用可概括為：①在鋼液中作為非自發(fā)形核核心，細(xì)化奧氏體晶粒；②沉淀于奧氏體晶界，阻止奧氏體晶粒的長(zhǎng)大；③固溶于奧氏體晶內(nèi)，影響奧氏體向鐵素體固相轉(zhuǎn)變，誘導(dǎo)晶內(nèi)鐵素體形核、長(zhǎng)大；④在焊接過(guò)程中，促進(jìn)焊接熱影響區(qū)粗晶區(qū)的晶內(nèi)鐵素體形核與感生形核。

對(duì)于誘導(dǎo)晶內(nèi)鐵素體形核非金屬夾雜物的性質(zhì)進(jìn)行了許多研究。Younes等[5]研究了焊縫金屬中誘導(dǎo)晶內(nèi)鐵素體形核非金屬夾雜物，結(jié)果表明：非金屬夾雜物主要為A l、Ti、M n的氧、硫復(fù)合物，認(rèn)為夾雜物表面的M nS在晶內(nèi)鐵素體形核過(guò)程中起主導(dǎo)作用。0h等[6]研究了微 Ti脫氧低碳鋼中非金屬夾雜物，認(rèn)為 Ti2O3、TiN和 Ti2O3·TiN復(fù)合物在晶內(nèi)鐵素體形核中起主導(dǎo)作用。Andres等[7]研究了微V合金中碳鋼的非金屬夾雜物，認(rèn)為M ns、VN和M nS ·VN復(fù)合物在晶內(nèi)鐵素體形核中起主導(dǎo)作用。

誘導(dǎo)晶內(nèi)鐵素體形核的非金屬夾雜物要求直徑小且均勻分布，鋼中非金屬夾雜物的尺寸大小、分布主要取決于鋼中氧含量。鋼中氧含量太高，非金屬夾雜物尺寸太大；氧含量太低，不能形成足夠多的非金屬夾雜物，均不利于晶內(nèi)鐵素體形核。

氧化物夾雜控制：鋼液凝固時(shí)生成的氧化物數(shù)量、組成和粒徑分布依凝固時(shí)冷卻速度而定。為了使氧化物細(xì)小分散，弱脫氧可以使氧化物細(xì)小分散，成為控制性能所需的M nS、TiN、VN等的析出核心。相反強(qiáng)脫氧如A1等強(qiáng)脫氧元素脫氧時(shí)，氧化物的組成多為單體A l2O3，且凝固前的自由氧濃度低，但這些高熔點(diǎn)氧化物難以成為M nS等夾雜物的析出核心。

硫化物夾雜控制：當(dāng)鋼液中氧化物為固體時(shí)，M nS溶解度只隨凝固后溫度降低而變小，在氧化物表面析出，依靠基體中M n、S的擴(kuò)散而長(zhǎng)大，M nS析出率隨 S濃度變化。隨著 S濃度降低，M nS析出率急劇減小。鋼液中氧化物為液體時(shí)，鋼液/氧化物之間的平衡，隨著凝固后溫度降低和熔融氧化物成為固體，固溶在氧化物中的 S溶解度減小。M nS在氧化物表面結(jié)晶，成為晶芽促進(jìn)其后的M nS析出。鋼液凝固前M nS在氧化物中的溶解度越高，鋼液凝固后M n和 S也作為M nS溶解到氧化物中，進(jìn)一步促進(jìn)這種析出，可保持M nS的高析出率。

誘導(dǎo)晶內(nèi)鐵素體形核、長(zhǎng)大的非金屬夾雜物往往是A l、Ti、M n形成的氧、硫復(fù)合物或氧、氮復(fù)合物。夾雜物中心為高熔點(diǎn)的 A l203、TiO、Ti2O3等，表層一般為低熔點(diǎn)的M nS、TiN等。但究竟是復(fù)合非金屬夾雜物整體共同作用，還是表層非金屬夾雜物在誘導(dǎo)晶內(nèi)鐵素體的形核過(guò)程中起決定作用，還有待進(jìn)一步明確。

4 氧化物冶金工藝與產(chǎn)品開(kāi)發(fā)

氧化物冶金工藝要求嚴(yán)格控制鋼中M g、Ca、Ti、A l、M n、V、O、S、N、B等元素的含量和凝固過(guò)程組織控制，得到高溫下穩(wěn)定、細(xì)小、彌散的夾雜物，避免產(chǎn)生粗大的有害夾雜。氧化物冶金技術(shù)應(yīng)用于新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)[8]，近期新工藝主要有：

4.1 HTUFF工藝

HTUFF工藝 (Super H igh HAZ Toughness Techno logyw ith FineM icrostructure Impacted by Fine Partic les)是新日鐵開(kāi)發(fā)的“通過(guò)細(xì)小的粒子得到微細(xì)的組織和超高的 HAZ韌性”技術(shù)。繼 T iN鋼、T iO鋼之后，開(kāi)發(fā)的第二代氧化物冶金技術(shù)，主要用于490mPa～590mPa建筑、造船、海洋結(jié)構(gòu)和管線(xiàn)用厚鋼板的大線(xiàn)能量焊接。該工藝的要點(diǎn)是利用在1400℃以上的高溫仍穩(wěn)定存在的夾雜物晶粒 (M g、Ca的氧化物和硫化物)，使這些微細(xì)夾雜物彌散于鋼材中，抑制γ晶粒的長(zhǎng)大，特別是對(duì)焊接熱影響區(qū)的γ晶粒起到釘扎作用。

利用該技術(shù)新日鐵開(kāi)發(fā)了具有優(yōu)異大線(xiàn)能量焊接性能的屈服強(qiáng)度為390mPa的大型集裝箱船板。開(kāi)發(fā)的抗拉強(qiáng)度為530mPa的 LPG船低溫用鋼板，通過(guò)連鑄在線(xiàn)控制技術(shù)和 HTUFF工藝，不但比原有的抗拉強(qiáng)度為490mPa低溫用鋼板強(qiáng)度高，而且改善了母材和 HAZ的低溫韌性。

4.2 JFE EW EL工藝

JFE EW EL表示“大線(xiàn)能量焊接熱影響區(qū)韌性改善技術(shù)”，由日本 JFE公司提出。該工藝從抑制焊接熱影響區(qū)γ晶粒的長(zhǎng)大，促進(jìn)γ晶粒的晶內(nèi)鐵素體生長(zhǎng)和低碳當(dāng)量的合金等三個(gè)方面考慮來(lái)解決焊接熱影響區(qū)韌性降低問(wèn)題。工藝主要包括：在線(xiàn)超快加速冷卻技術(shù) (Super OLAC-Super On L ine Accelerated Cooling)，HAZ晶粒粗化抑制技術(shù)，HAZ粒內(nèi)組織細(xì)化技術(shù)，基體組織韌性改善技術(shù)。為改善大線(xiàn)能量焊接過(guò)程造船、橋梁、建筑等用高強(qiáng)度、厚鋼板熱影響區(qū)的韌性而開(kāi)發(fā)。

采用低碳當(dāng)量合金成分設(shè)計(jì)，嚴(yán)格控制鋼中 B、N和O、S、Ca含量，在線(xiàn)超快加速冷卻，在焊接過(guò)程中采用BN、(Ca、M n)S夾雜物誘導(dǎo)晶內(nèi)鐵素體形核，從而細(xì)化 HAZ組織；通過(guò)控制 Ti、N添加量，Ti/N以及微合金化，使 TiN固溶溫度從1400℃提高到1450℃，細(xì)化彌散抑制了 HAZ區(qū)奧氏體晶粒的高溫長(zhǎng)大。對(duì) 80mm厚的屈服強(qiáng)度390mPa鋼，采用JFE EW EL工藝技術(shù)焊接后，HAZ的 -20℃和 -40℃夏比沖擊性能達(dá)到120 J～240 J，顯著高于原要求的41 J。

4.3 結(jié)構(gòu)用高韌性熱鍛非調(diào)質(zhì)鋼組織細(xì)化

利用V(N，C)、TiN、A lN等夾雜物釘扎熱鍛前后奧氏體晶粒的粗化，同時(shí)利用這些夾雜在鍛后的冷卻過(guò)程中誘導(dǎo)粒狀 IGF形核細(xì)化組織，可避免使用復(fù)雜的淬火回火等工藝。目前在汽車(chē)、建筑機(jī)械用鋼的生產(chǎn)中已得到廣泛應(yīng)用。

德國(guó)蒂森特鋼鐵公司在開(kāi)發(fā)49M nVS3中碳非調(diào)質(zhì)鋼時(shí)，用 Ti、V微合金化。一方面形成的 TiN、VN非金屬夾雜物釘扎奧氏體晶界，阻止奧氏體晶粒長(zhǎng)大；另一方面 T iN、VN非金屬夾雜物作為誘導(dǎo)晶內(nèi)鐵素體形核的非金屬夾雜物，使奧氏體的晶粒有效細(xì)化。在保證鋼的強(qiáng)度為500mPa～800mPa時(shí)，其室溫沖擊韌性達(dá)25 J。49M nVS3中碳非調(diào)質(zhì)鋼因取消了調(diào)質(zhì)熱處理，具有良好的節(jié)能效果，并有較高的沖擊韌性值。在德國(guó)、日本，80％以上的連桿、曲軸均采用氧化冶金型中碳非調(diào)質(zhì)鋼。

4.4 氧化物冶金工藝與 T MCP技術(shù)結(jié)合

新日鐵提出將傳統(tǒng)的熱處理工藝、T MCP技術(shù)和氧化物冶金工藝相組合的凝固組織控制法。隨產(chǎn)品規(guī)格不同，T MCP的工藝效果不同，新日鐵開(kāi)發(fā)了綜合運(yùn)用 T MCP、微合金化和氧化物冶金技術(shù)的型鋼生產(chǎn)工藝，用于耐火、極厚以及低屈強(qiáng)比等 H型鋼的生產(chǎn)之中。

5 氧化物冶金的應(yīng)用及前景

氧化物冶金技術(shù)應(yīng)用于厚板鋼方面的最新進(jìn)展就是要滿(mǎn)足大線(xiàn)能量焊接要求。第一，大線(xiàn)能量焊接要求在1400℃高溫下仍保存具有很強(qiáng)釘扎作用的粒子，以避免奧氏體晶粒的粗化。傳統(tǒng)的鋼板是利用 TiN的釘扎作用，但是 TiN在1400℃會(huì)發(fā)生溶解而失去抑制晶粒長(zhǎng)大的作用。氧化物冶金技術(shù)形成高熔點(diǎn)并且尺寸僅為納米級(jí)的含鎂、鈣或鈦、鋁等元素的氧化物或硫化物顆粒，彌散分布于基體。這些顆粒在大功率焊接熱輸入峰值達(dá)到1450℃時(shí)，仍能保持穩(wěn)定，可以有效釘扎和阻止奧氏體晶粒在高溫下的長(zhǎng)大。第二，大線(xiàn)能量焊接要求進(jìn)一步細(xì)化焊縫和熱影響區(qū)的組織以縮小焊接部位和母材性能的差異。由氧化物冶金技術(shù)所形成的微細(xì)非金屬夾雜物在冷卻過(guò)程中可以充當(dāng)晶內(nèi)鐵素體形核點(diǎn)，大大提高形核率，促進(jìn)有利于韌性的細(xì)密針狀鐵素體組織的形成。

為進(jìn)一步掌握氧化物冶金規(guī)律，擴(kuò)大氧化物冶金技術(shù)的應(yīng)用范圍，應(yīng)對(duì)如下幾個(gè)方面進(jìn)行深入研究：

1)鋼中誘導(dǎo)晶內(nèi)鐵素體非金屬夾雜物的性質(zhì)，尺寸大小和分布規(guī)律。新種類(lèi)夾雜物的不斷探尋和夾雜物的優(yōu)化利用，目的是得到在高溫下仍具有有效釘扎作用的粒子。

2)晶內(nèi)鐵素體的形核機(jī)理與影響晶內(nèi)鐵素體形核的因素，晶內(nèi)鐵素體感生形核機(jī)理與影響晶內(nèi)鐵素體感生形核的因素，可形核 IGF夾雜物形核條件的明確化和形核機(jī)理統(tǒng)一化。

3)釘扎和形核作用的綜合運(yùn)用。利用同一種或多種粒子，達(dá)到高溫下釘扎，冷卻時(shí)形核的目的，擴(kuò)展氧化物冶金技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域。

對(duì)上述科學(xué)問(wèn)題的深入探討，必將為開(kāi)發(fā)新型氧化物冶金型高強(qiáng)度高韌性鋼提供理論依據(jù)，促進(jìn)氧化物冶金技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和更廣泛地應(yīng)用。

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APPL ICAT ION AND PROGRESS O F THE O X IDESM ETALLURGY TECHNOLOGY

ShiM eilun Duan Guisheng
(Anyang Iron and Steel Group Co.，L td)

Oxidesm etallu rgy is defined as a new techno logy fo r refining grain by using dispersion of fine nonm etallic inclusions as intra-granu lar ferrite nucleated sites.The oxidesmetallurgy technology has been successfu lly used to develop high strength and high toughness non-tempered steel and low carbon steel.Them icrostructuresof oxidesm etallurgy steels are discussed，the natures of nonmetallic inclusions and themechanismsof intra-granu lar ferrite for mation nucleation in oxidesmetallurgy steels are analyzed.and the app lication of oxidesmetallurgy techno logy is reviewed.Oxidesmetallurgy Techno logy has become the most effective technicalway for high heat inputwelding steel by significantly imp roving themicrostructure of heat affected zone(HAZ)through stim ulating acicular ferrite nucleation bym aking use of fine oxide particles in steel.

oxidesm etallurgy nonm etallic inc lusions intra-granu lar ferrite high heat input welding low temperature toughness

＊聯(lián)系人：史美倫，常務(wù)副總經(jīng)理，教授級(jí)高級(jí)工程師，河南.安陽(yáng)(455004)，安陽(yáng)鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司；

2010—9—9