氧化物冶金技術(shù)及其應(yīng)用

高偉

摘 要：氧化物冶金技術(shù)是利用鋼中細(xì)小非金屬夾雜物誘導(dǎo)晶內(nèi)鐵素體形核來細(xì)化晶粒的一種技術(shù)，利用該技術(shù)可以獲得高強度、高韌性以及焊接性能良好匹配的高性能鋼材。基于此，文章分析了當(dāng)前氧化物冶金技術(shù)的幾種晶內(nèi)鐵素體形核機理，并以氧化物冶金技術(shù)在管線鋼中的應(yīng)用為例，探析氧化物冶金技術(shù)的實際應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：氧化物；冶金技術(shù)；應(yīng)用

引言

近年來，我國航空、汽車等行業(yè)發(fā)展迅速，對鋼鐵數(shù)量和質(zhì)量的要求不斷提升，社會各界對細(xì)化晶粒的關(guān)注程度也逐漸提升。氧化物冶金技術(shù)能夠完善的應(yīng)用細(xì)化晶粒，提升鋼鐵的韌性和強度，因此，研究氧化物冶金技術(shù)及其應(yīng)用具有深刻的現(xiàn)實意義。

1晶內(nèi)鐵素體的顯微組織特征及形核機理

在氧化物冶金技術(shù)中，鋼中夾雜物的作用主要有兩個：一是被稱為析出相的夾雜物可釘扎高溫下晶界的移動，從而阻礙晶粒的長大，達到細(xì)化晶粒的目的；二是奧氏體內(nèi)細(xì)小夾雜物可誘導(dǎo)IGF形核，在奧氏體相變時形成取向雜亂、交叉連鎖的組織，以細(xì)化晶粒。

1.1晶內(nèi)鐵素體的顯微組織特征

晶內(nèi)鐵素體是一種熱力學(xué)非平衡組織，其是在奧氏晶體內(nèi)的非金屬夾雜物上形核的，其屬于中溫轉(zhuǎn)化產(chǎn)物，轉(zhuǎn)換溫度在460℃～680℃之間。晶內(nèi)鐵素體是一種板條狀組織，其非常細(xì)，而且在原奧氏體晶粒內(nèi)以交叉互鎖的形式存在，如圖1所示。晶內(nèi)鐵素體的顯微組織特征主要包括以下兩方面：一，晶內(nèi)鐵素體形成的最大角度晶界，能夠在一定程度上阻礙板條內(nèi)裂紋的進一步擴展，因此氧化物冶金型鋼的韌性和強度都比較高；二，由于晶內(nèi)鐵素體在奧氏晶體內(nèi)形成，因此其能夠細(xì)化鋼的晶粒。

1.2晶內(nèi)鐵素體的形核機理分析

學(xué)術(shù)界關(guān)于晶內(nèi)鐵素體的形核機理做了許多研究，由于篇幅有限，文章僅對低錯配度機理和應(yīng)力～應(yīng)變能機理進行分析。

1.2.1低錯配度機理

低錯配度機理認(rèn)為，當(dāng)在某一晶面，晶內(nèi)鐵素體與非金屬夾雜物之間具有相對較低的錯配度，此時非金屬夾雜物能夠為晶內(nèi)鐵素體的形核提供一個低能界面，進而降低晶內(nèi)鐵素體形核需要越過的能壘。圖2為Ti2O3之間夾雜形成的Mn、B貧乏區(qū)，通過該圖及一些常見可能誘導(dǎo)晶內(nèi)鐵素體形核的夾雜物與晶內(nèi)鐵素體之間的錯配度可以發(fā)現(xiàn)，TiC、TiN等夾雜物會誘發(fā)晶內(nèi)鐵素體形核，但該機理又無法解釋與鐵素體的錯配度高達26.8%的Ti2O3可作為晶內(nèi)鐵素體的形核核心的原因。

（1.2.2）應(yīng)力～應(yīng)變能機理

應(yīng)力～應(yīng)變能機理認(rèn)為，當(dāng)奧氏體基體熱膨脹系數(shù)大于鋼中非金屬夾雜物的膨脹系數(shù)時，鋼冷卻凝固過程中，奧氏體與非金屬夾雜物之間會產(chǎn)生較大的應(yīng)力，為形核提供驅(qū)動力，進而促進鐵素體形核，常見的幾種夾雜物的熱膨脹系數(shù)如表1所示。應(yīng)力～應(yīng)變能機理能夠很好的解釋富含鋁、硅酸鹽等比奧氏體基體熱膨脹系數(shù)小很多的夾雜物誘發(fā)晶內(nèi)鐵素體形核的原因。但是該機理難以解釋MnS夾雜物誘發(fā)晶內(nèi)鐵素體形核的原因，因為在0～850℃時，鋼的線膨脹系數(shù)為23.0×10-6，MnS的線膨脹系數(shù)為18.1×10-6，兩者之間線膨脹系數(shù)相差較小，難以形成較大應(yīng)力。

2氧化物冶金技術(shù)的應(yīng)用

文章一氧化物冶金技術(shù)在管線鋼中的應(yīng)用為例，分析氧化物冶金技術(shù)的實際應(yīng)用。

在對X80管線鋼進行焊接時，熱影響區(qū)的粗晶區(qū)采用較小的線能量和合適的預(yù)熱溫度匹配時，高溫停留時間會比較短，第二相粒子的數(shù)量多且尺寸小，第二相對原始奧氏體晶界的釘扎作用較強，所以得到的晶粒尺寸較小且沖擊韌性較高。隨著對X80管線鋼焊接工藝的調(diào)整與改進，焊接熱影響區(qū)的粗晶區(qū)的韌性能夠得到很好的改善。因此，焊縫性能是焊接過程中影響管線鋼質(zhì)量的關(guān)鍵。

通過研究氧化物冶金技術(shù)，相關(guān)人員發(fā)現(xiàn)夾雜物的大小、數(shù)量、形態(tài)、分布情況、合金元素的含量、焊接后冷卻速度、原奧氏體晶粒的大小等因素會對管線鋼焊縫金屬中針狀鐵素體比例造成影響，因此，對管線鋼焊縫金屬中針狀鐵素體比例的控制，可以采取以下措施：

一，控制合金元素。對熔敷金屬中的合金元素進行控制，使其在焊縫組織中的含量在合適的范圍之內(nèi)。相關(guān)人員進行了Ti、B合金元素對焊縫金屬韌性影響的研究，結(jié)果表明：在焊縫中添加Ti、B合金元素，能降低奧氏體向針狀轉(zhuǎn)變的臨界冷卻速度，擴大針狀鐵素體形成區(qū)域，使焊縫金屬具有良好韌性；二，合理控制熱輸入量。相關(guān)科學(xué)家進行了大熱輸入焊接試驗，結(jié)果表明：400kJ/cm的大熱輸入量后熔合線部位形成先共析鐵素體和大量晶內(nèi)針狀鐵素體，表現(xiàn)出優(yōu)良的低溫沖擊韌性；

結(jié)語

總而言之，氧化物冶金技術(shù)是現(xiàn)階段較為先進的冶金技術(shù)，其能夠有效提升鋼鐵的韌性和強度，因此，相關(guān)人員應(yīng)加強對氧化物冶金技術(shù)的研究，積極將氧化物冶金技術(shù)應(yīng)用在鋼鐵生產(chǎn)中，促使鋼鐵更好地為社會服務(wù)。

參考文獻：

[1]彭明軍，史方杰，安鵬.氧化物冶金技術(shù)的應(yīng)用及其前景[J].化工設(shè)計通訊，2016，42（10）：36.