Ar-CO-CO2气氛下铁碳合金薄带气固反应脱碳动力学研究

近年来,一种固态炼钢的全新工艺受到了广泛关注,该工艺采用铁水直接固化再经氧化性气氛脱除固态金属中的碳,以达到炼钢的目的,可大幅缩短薄板钢带生产流程,降低钢中夹杂物.本工作以不同厚度铁碳合金薄带为研究对象,探讨不同温度下Ar-CO-CO2中气固脱碳动力学随高温气固反应脱碳的机理.研究结果表明:碳向反应界面的扩散是脱碳反应中的限制环节,脱碳温度的升高和脱碳时间的延长均有利于脱碳;在相同条件下,铁碳合金薄带厚度越薄,脱碳速率越快;2 mm厚的铁碳合金薄带的脱碳速率常数与脱碳温度的关系可近似表示为:k=-0.144+1.183×10-4 T;在CO-CO2气氛下,铁碳合金薄带脱碳反应近似为一级反应,脱碳反应的表观活化能Ea=124.7 kJ/mol.     

H2/H2O气氛下Fe?C合金薄带气固脱碳反应动力学

为对H₂/H₂O气氛下Fe?C合金薄带的气固反应脱碳进行动力学研究,在保证快速脱碳而铁不氧化的前提下,利用可控气氛高温管式脱碳炉,研究了不同的脱碳温度、薄带厚度、脱碳时间对Fe?C合金薄带脱碳效果的影响。结果表明延长脱碳时间、提高脱碳温度、减少薄带厚度均可提高脱碳效果。当脱碳温度为1353 K,在脱碳过程中,薄带可以分成明显的3层,由表面到内部依次是完全脱碳层、部分脱碳层和未脱碳层。完全脱碳层的组织为铁素体,此部分碳含量最低;部分脱碳层由铁素体、渗碳体和少量石墨相组成,未脱碳层由珠光体和大量石墨相组成,此部分碳含量最高。脱碳层的厚度随着脱碳时间的延长而增加,脱碳层的厚度y与时间t平方根满足良好的线性关系,可用函数y =kt0.5描述,碳原子扩散所需扩散激活能为122.36 kJ?mol?1,脱碳反应为表观一级反应,表观活化能为153.79 kJ?mol?1。      

Fe-C-Si合金固态脱碳实验

以1 mm厚的Fe-3.0%C-0.84%Si(质量分数,下同)合金薄带和Fe-4.0%C-xSi(x=0,0.84%,1.24%)合金薄带作为研究对象,分析了在H₂O-H₂气氛下Fe-C-Si合金薄带的脱碳行为,重点探究了脱碳过程中的脱碳速率、元素竞争氧化及相关反应动力学.结果表明：在脱碳过程中,试样表面主要为Fe, Si的选择性氧化,且Si优先氧化生成SiO₂;随着φ(H₂O)/φ(H₂)(即炉内水蒸气体积分数与H₂体积分数的比值)的升高,氧化物转变为Fe₂SiO₄,当φ(H₂O)/φ(H₂)=0.42时,脱碳效果最好;随着硅含量的增大,脱碳效果越好,说明硅可促进固态脱碳.通过对动力学的研究及计算可得,当φ(H₂O)/φ(H₂)=0.42时,脱碳的宏观活化能为111.475 kJ/mol,低于碳在奥氏体中的扩散活化能,界面...     

固态脱碳过程中锰钢微观组织演变及力学性能

兼具高强度和高塑性的钢铁材料具有广阔的应用前景。为了提高钢铁材料强塑性，提出了一种利用固态脱碳制备具有梯度结构的钢铁材料的工艺策略，并以厚度为1 mm、碳质量分数为2.7%的中锰钢板为研究对象，在H₂O-H₂气氛下开展固态脱碳试验研究，利用碳硫仪测定脱碳后中锰钢平均碳含量，利用光学显微镜观察脱碳后中锰钢显微组织和表面氧化情况，对脱碳后中锰钢进行一次热轧-回火处理，利用万能拉伸试验机测量中锰钢力学性能。结果表明，随着脱碳温度升高，脱碳量逐渐增加；随着脱碳时间延长，中锰钢表面氧化层厚度逐渐增加。升高温度会增加固溶碳迁移速度，并非温度越高氧化层厚度生长越快，脱碳过程氧化层的调控应根据目标碳含量合理调节脱碳温度、气氛条件和脱碳时间。在1 383 K温度下50 min可将中锰钢碳质量分数由2.7%脱至0.5%以下，氧化层厚度可控制在15μm以下；采用固态脱碳处理后的中锰钢形成了从表面到内部逐渐变化的梯度结构，随脱碳时间延长梯度层逐渐向中心迁移，梯度层的演变是由固态脱碳过程中锰钢内固溶碳向表面迁移导致的，利用固态脱碳制备钢铁材料，有利于产生额外的应变硬化...     

铜/碳钢复合材料的研究现状与展望

碳钢和铜两种金属复合可制成性能优良、具有特殊功能的高品质的复合材料，这种复合材料综合了铁铜两种金属的优点，既有铜优异的导电和耐腐蚀性能，又具有钢的高强度优势。本文介绍了铜/碳钢复合材料的性质、用途制备方法及面临的问题，并在此基础上展望了未来铜/碳钢复合材料的研究方向。铜/碳钢复合材料的耐腐蚀、抗氧化、强度高，导电导热性能优良、广泛应用在通信、电力传输、军工等方面。其制备方法中，电镀法无氰镀铜安全性高，得到的镀层致密平整、光亮均匀，但镀层与基体的结合强度低，会影响界面处结合的稳定性；固-固相爆炸复合法对操作人员的技术要求较为严格，且炸药的选取用量、板间距难以精确把控；利用轧制复合工艺复合的金属材料不具备较高的机械强度，抗扭转性能较弱；粉末烧结法粉体的质量难以保证，且工艺流程复杂，周期较长，生产成本相对较高；固-液相复合法复合的材料界面结合处容易出现夹杂、微孔等缺陷，降低结合强度。     

固态脱碳法制备高强塑性成分梯度中锰钢

如何打破金属材料强度与塑性的权衡关系一直是材料科学中长期存在的难题。大自然中许多生物体内部都形成了从表面到内部逐渐变化的梯度结构，这使它们更加的坚韧。据此提出了一种利用固态脱碳制备成分梯度钢铁材料的工艺策略，为了证实这一工艺构想的可行性，以厚度为1 mm、成分为2.7%C-12%Mn-Fe(质量分数)合金为研究对象开展固态脱碳研究，试验所制备成分梯度中锰钢获得了良好的强度和延展性。试验结果表明，在H₂O-H₂气氛下50 min可将中锰钢碳质量分数由2.7%脱至0.23%;利用辉光放电光谱仪和光学显微镜检测，脱碳和热轧后的中锰钢板在厚度方向上均形成了明显的成分梯度，并在中锰钢板截面上获得了一种整体性的梯度结构；利用维氏显微硬度仪检测得到中锰钢板厚度方向上呈现了硬度的梯度分布，在固态脱碳作用下中锰钢表面和中心形成了成分和组织的过渡层，使表面到中心硬度由668HV逐渐过渡至747HV,这种中心与表面的硬度梯度也为产生连续的应变硬化奠定了基础；均质钢提高强度而进行变形时，其延展性通常会急剧下降，制备的成分梯度中锰钢板抗拉强度分别达到了1 513.5 ...