钢液凝固与冷却过程及固体钢加热过程钢中非金属夹杂物成分动力学转变的几个概念和特征曲线

利用钢中非金属夹杂物成分变化的集成模型,介绍了夹杂物成分随时间和冷却速率的变化,提出了夹杂物成分转变分数的概念,然后介绍了夹杂物成分转变的等温转变曲线（TTT）、连续冷却转变曲线（CCT）和等径转变曲线（TDT）的概念及应用.该集成模型考虑了钢液流动、传热、凝固和元素偏析,也考虑了钢与夹杂物反应的热力学和动力学.然后以管线钢、重轨钢和轴承钢为例,进一步分析讨论了钢液凝固与冷却过程中的冷却速率、固体钢加热过程中的加热温度和加热时间、钢成分以及夹杂物尺寸等参数对夹杂物成分转变的影响.这些概念和特征曲线能够直观展示在钢液凝固冷却过程及固体钢加热过程钢中非金属夹杂物的成分转变,将钢中夹杂物的控制方略从钢液拓展到固体钢中.     

卷渣类夹杂物在结晶器钢液中成分转变的动力学模型

国内某厂镀锡板缺陷处夹杂物主要来自结晶器保护渣的卷入,但其成分与结晶器保护渣有明显差别。为了进一步研究这种成分差别的原因,建立了耦合热力学平衡和动力学扩散的结晶器卷渣类夹杂物的成分转变动力学模型,明确了卷渣类夹杂物的尺寸和密度对其成分转变的影响规律,并通过对结晶器和液相穴内的钢液流动和夹杂物运动的数值模拟研究了夹杂物在钢液中的停留时间。结果表明:结晶器保护渣卷入钢液后与钢液不断发生反应,成分会发生明显改变。卷渣类夹杂物转变为缺陷处夹杂物所需要的时间与夹杂物尺寸以及夹杂物密度有关,夹杂物的尺寸和密度越大,转变为缺陷处夹杂物成分所需的时间越长。卷渣类夹杂物转变为缺陷处夹杂物所需时间与夹杂物尺寸呈幂函数关系,与夹杂物密度呈二次函数关系。夹杂物在钢液中的平均停留时间随夹杂物直径的增大而减小,并且随着拉速的增大而减小。小尺寸夹杂物一旦被卷入钢液中,将有充足的时间转变为缺陷处的成分。大尺寸夹杂物在钢液中的平均停留时间小于成分转变时间,但最大停留时间远大于成分转变所需时间,表明部分大尺寸夹杂物依然具有充足的停留时间转变为缺陷处的成分。      

非调质钢中夹杂物生成热力学

为了研究非调质钢中非金属夹杂物的演变规律和生成条件,实现对钢中夹杂物的精准控制,揭示了非调质钢冶炼全过程非金属夹杂物的形貌和成分转变。初始钢中夹杂物主要为镁铝尖晶石夹杂物,随着冶炼反应的进行,钢中逐渐出现部分含有CaO和CaS的夹杂物,同时还伴有MnS析出相生成。系统地通过热力学计算了1 873 K下一元脱氧钢中Al、Ti、Mg和Ca与O的平衡关系,二元脱氧钢中Al-Mg、Al-Ti、Al-Ca和Al-Mg-Ca脱氧夹杂物的生成区域。可为非调质钢脱氧过程脱氧剂的加入、钢液中溶解氧含量的控制以及非调质钢中不同夹杂物的生成和控制提供理论指导。     

Pd-Ni合金氢气传感器抗干扰性能提升研究

设计了一种Pd₉₀Ni₁₀薄膜电阻型氢气传感器,在Pd₉₀Ni₁₀薄膜表面覆盖一层保护膜以提高传感器在不同环境气体中的抗干扰性能。首先,研究了HfO₂、聚四氟乙烯(PTFE)、 SiO₂、 Al₂O₃ 4种不同材料对传感器抗干扰性能的提升影响,试验发现Al₂O₃保护膜对提升传感器抗干扰性能的效果最佳。其次,对Al₂O₃保护膜的厚度进行了优化,将Pd₉₀Ni₁₀薄膜氢气传感器的抗干扰性能进一步提升。最后,对传感器的零点电阻稳定性、氢气响应重复性、梯度响应等性能进行测试,得到了适用于Pd₉₀Ni₁₀薄膜氢气传感器的保护膜优化条件,使传感器的抗干扰等性能得到了提升。     

工作温度对Pd-Ni合金薄膜电阻氢敏性能的影响

目的 围绕氢气传感器在航天领域生命保障系统、氢燃料电池汽车领域能源供给系统等领域氢气泄露检测的迫切需求,针对在实际工况下工作温度对Pd-Ni合金薄膜电阻氢敏性能影响尚不清楚的问题,研究不同应用场景下工作温度对Pd-Ni合金氢敏电阻的灵敏度、响应-恢复时间以及回零特性影响。方法 将氢敏电阻分别置于80、90、100、110℃等不同工作温度,采用一定流量的动态气体测试方法,通入不同氢气浓度的测试气体,通过数据采集系统实时测量其电阻变化曲线,并评价其氢气敏感特性。结果 通过提高工作温度,在2%H₂/N₂和4%H₂/N₂氢气浓度下,110℃下的灵敏度相比80℃近线性降低约28%,80℃下2个浓度点的响应-恢复时间分别从16.5、12.9 s降低至110℃下的12.5、9.5 s,灵敏度的降低幅度与响应-恢复时间的加快幅度在100～110℃趋于平缓;在氮气气氛或空气气氛下,其零点电阻存在差异或未恢复至绝对零点,不影响氢气浓度测量的绝对值。结论 工作温度升高会降低氢敏灵敏度,但能提升其响应与恢复时间,也能加速其...     

连铸坯全断面非金属夹杂物成分分布的预报

 为了研究连铸坯全断面非金属夹杂物成分的空间分布,以帘线钢为研究对象,分析了连铸坯宽度方向中心位置由内弧到外弧夹杂物平均成分的变化。随着距连铸坯表层距离的增加,夹杂物中SiO₂质量分数由53%显著增加至75％左右,随后逐渐减少到60％;MnO质量分数先减少至12.59%,然后增加至27.87%;CaO和Al₂O₃含量变化较小。此外,建立了可用于预报连铸坯全断面夹杂物成分分布的动力学模型,该模型耦合了钢的传热和凝固、夹杂物成分转变热力学,以及元素在钢中的扩散3方面内容。使用该模型计算得到的氧化夹杂物成分的变化趋势与试验结果基本一致,验证了模型的准确性。同时利用该模型研究了不同总铝、总钙和总氧含量条件的连铸坯内夹杂物成分的演变。其中总铝含量对夹杂物的成分分布影响最大,当总铝质量分数由0.000 1%增至0.001 0%时,夹杂物中SiO₂质量分数由57%～64%降至34%～39%;Al₂O₃质量分数由8%～10%增至37%～41%;MnO含量基本上没有发生变化;CaO质量分数由13%～17%降至8%～10%。