09CuPCrNi耐候钢凝固过程中夹杂物析出行为的热力学模型研究

摘要

我国是世界稀土资源和生产大国。稀土在钢中的作用可归纳为:净化钢液、变质夹杂和微合金化。研究发现，在洁净钢生产条件下，稀土在钢中的赋存状态和作用效果更加稳定而突出。利用我国稀土的资源优势研制开发高附加值钢铁产品，具有显著的经济效益和重要的战略意义。
　　09CuPCrNi钢是我国耐候钢的代表性钢种之一。为满足我国各种复杂气候和恶劣工况的需求，09CuPCrNi钢的综合力学性能和耐腐蚀性能均有待于进一步提升。鉴于稀土在09CuPTiRE钢、B450NbRE钢等耐候钢中良好的作用效果和成功的应用范例，本文选择向09CuPCrNi钢中加入稀土，通过构建热力学模型，系统研究稀土在09CuPCrNi钢中的赋存状态及其对于夹杂物析出类型和析出量的影响，研究工作将为具有新型稀土耐候钢的研制开发提供理论依据。
　　本文以09CuPCrNi钢为研究对象，建立了可以定量描述稀土耐候钢凝固过程中溶质偏析与夹杂物析出的耦合热力学模型，并利用该模型研究了稀土耐候钢凝固过程中夹杂物的析出行为，并重点考察了稀土类型及添加量、钢液洁净度（包括氧含量、硫含量、磷含量和氮含量）等对钢中夹杂物的析出类型及析出量的影响作用规律，在本模型计算条件下，得到以下结论:
　　(1)未添加稀土时，耐候钢中依次析出的夹杂物为Al2O3和MnS。在添加0.02％Ce之后，耐候钢中依次析出的夹杂物为Al2O3、Ce2O2S和MnS。在添加0.02％La之后，耐候钢中依次析出的夹杂物为LaAlO3、LaS和MnS。
　　(2)随着Ce添加量的增加，稀土耐候钢中析出的夹杂物类型由Al2O3、MnS、Ce2O2S向CeN、Ce3S4、Ce2O2S转变。随着La添加量的增加，稀土耐候钢中析出的夹杂物类型由Al2O3、MnS、LaAlO3向LaN、LaS、LaAlO3转变。Al2O3夹杂无法析出的Ce和La添加量分别为0.025％和0.01％，MnS夹杂无法析出的Ce和La添加量均为0.045％。
　　(3)随着氧含量的增加，含Ce耐候钢中析出的夹杂物类型由MnS、Ce3S4、Ce2O2S向MnS、Ce2O3、Al2O3和3Al2O3·2SiO2转变，含La耐候钢中析出的夹杂物类型由MnS、LaAlO3、 LaS向MnS、LaAlO3、 Al2O3和3Al2O3·2SiO2转变。
　　(4)随着硫含量的增加，含Ce耐候钢中Ce2O3夹杂的含量逐渐减小，而Ce2O2S和Al2O3夹杂的含量逐渐增加。当硫含量为25×10-6时，MnS夹杂开始析出。随着硫含量的增加，含La耐候钢中LaS的析出量逐渐增加，当硫含量为40×10-6时，LaS的析出达到平衡，MnS夹杂开始析出。
　　(5)当Ce或La添加量为0.05％时，耐候钢中CeN、LaN夹杂析出的临界氮含量均为0.004％，AlN夹杂析出的临界氮含量为0.028％。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 课题研究的目的和意义

1．3 课题研究的主要内容

第2章 文献综述

2．1 稀土在钢中的作用概述

2．1．1 净化钢液

2．1．2 变质夹杂

2．1．3 微合金化

2．2 钢液凝固模型的研究现状分析

2．2．1 夹杂物析出模型

2．2．2 微观偏析模型

2．2．3 微观偏析与夹杂物析出耦合模型

第3章 耦合热力学模型的建立

3．1 稀土耐候钢中夹杂物析出热力学模型的建立

3．2 稀土耐候钢凝固过程中溶质偏析模型的建立

3．3 稀土耐候钢凝固过程耦合热力学模型的建立

3．4 稀土耐候钢凝固过程耦合热力学模型程序简介

3．5 稀土耐候钢凝固过程耦合热力学模型的验证

第4章 模型计算结果与分析

4．1 耐候钢凝固过程中夹杂物的析出行为

4．1．1 未加稀土时耐候钢凝固过程中夹杂物的析出行为

4．1．2 含Ce耐候钢凝固过程中夹杂物的析出行为

4．1．3 含La耐候钢凝固过程中夹杂物的析出行为

4．2 稀土类型及添加量对耐候钢中夹杂物析出行为的影响

4．2．1 Ce对耐候钢中夹杂物析出行为的影响

4．2．2 La对耐候钢中夹杂物析出行为的影响

4．3 钢液洁净度对耐候钢中夹杂物析出行为的影响

4．3．1 氧含量对耐候钢中夹杂物析出行为的影响

4．3．2 硫含量对耐候钢中夹杂物析出行为的影响

4．3．3 磷含量对耐候钢中夹杂物析出行为的影响

4．3．4 氮含量对耐候钢中夹杂物析出行为的影响

第5章 结论

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的论文

论文包含图、表、公式及文献