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 ...     

Fe-C-Si合金固态脱碳过程氧化层演变规律

结合钢铁行业综合低碳减排研究现状，提出了电炉+固态脱碳制备硅钢的工艺构想。由于在固态脱碳过程中钢表面会形成氧化层，试验以1 mm Fe-Si-C(Si 1.5%～3.5%;C 0.18%～0.48%(质量分数))合金为研究对象，在H₂O-H₂气氛下开展固态脱碳研究，以此来揭示脱碳过程中表面氧化的规律。利用FactSage热力学软件绘制H₂O-H₂气氛下Fe-C-Si氧化热力学平衡相图，明确了各温度、气氛条件下Fe、Si选择性氧化的热力学规律。在1 423 K温度下开展固态脱碳试验，结果表明，脱碳效果良好，脱碳后碳质量分数可达到0.02%以下；气氛p_H2O/p_H2小于0.31时(p_H2O、p_H2分别为水蒸气和氢气的分压),固态脱碳后Fe-C-Si合金表面氧化物主要为SiO₂,气氛p_H2<...     

气氛条件对铁碳合金薄带气—固反应脱碳的影响

试验以初始碳含量为4.25%,厚度为1 mm铁碳合金薄带为研究对象,利用Ar-H_2O-H_2弱氧化性气氛在高温条件下,开展气—固反应脱碳研究。通过正交试验和单因素方法研究了水浴温度、初始H_2含量、气体流量对1mm铁碳合金薄带脱碳的影响。试验结果表明:在脱碳温度一定的条件下,气氛条件相关的气体流量、初始H_2含量、水浴温度对脱碳效果影响的显著性递减。本试验条件下,在200~500 mL·min~(-1)范围内增大气体流量,能显著改善脱碳效果;当水浴温度超过333 K时,铁碳合金薄带表面铁元素开始发生氧化,表面形成致密的铁氧化层导致脱碳速率显著下降。在1 413 K脱碳温度下,固态脱碳适宜的气氛条件为:气体流量500 mL·min~(-1),初始H_2含量为15%,水浴温度333 K。     

铁碳合金薄带气固反应脱碳工艺

提出了高炉铁水双辊连铸薄带十高温气固反应脱碳,生产钢带的全新工艺流程.实验以高碳铁碳合金板带为研究对象,在Ar-H2-H2O气氛下可控气氛管式炉内,利用高温气固反应脱碳机制,探索铁碳合金固态下脱碳而铁基不氧化的可行性,确定可控气氛下脱碳的温度和气氛条件范围.实验结果表明:气氛条件对铁的氧化有显著影响,当水浴温度不大于60℃或气体流量不大于300 mL/min时,脱碳后基体中不存在铁的氧化物;当水浴温度达到70℃或气体流量达到450mL/min时,脱碳后基体中出现铁的氧化物,此时由于铁氧化的出现降低了脱碳效果.     

铁碳合金薄带气固反应脱碳试验

 提出了高炉铁水双辊连铸薄带＋高温气固反应脱碳生产钢带的全新工艺流程。试验以Ar-H2-H2O为脱碳气氛,在可控气氛管式炉内对Fe-C合金薄带进行脱碳。通过正交试验方法,研究了不同水浴温度（40～60 ℃）、脱碳时间（5～50 min）和脱碳温度（920～1 140 ℃）对脱碳效果的影响。研究结果表明,升高脱碳温度、水浴温度和延长脱碳时间均有利于合金薄带的脱碳,其中脱碳温度的影响最为显著,其次为脱碳时间,水浴温度对脱碳效果的影响最小。碳质量分数为4.05%,厚度分别为2.0、1.0、0.5 mm的薄带,在水浴温度为60 ℃时,1 140 ℃下固态脱碳25 min,薄带平均碳质量分数分别降至1.12%、0.41%和0.017%,证明了碳铁碳合金在可控气氛下通过气固反应脱碳生产中低碳钢带技术上可行。     

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。      

BT303CuS2不锈钢表面氧化物结构的研究

易切削不锈钢BT303CuS2盘条热处理后表面氧化物结构较为复杂,与普通304不锈钢相比酸洗更加困难.为了探明其表面氧化物的结构及影响因素,通过试验的方法测量出不同的热处理温度、时间及炉内气氛状态下BT303CuS2钢表面氧化物种类及结构.试验结果表明,随着固溶处理时间的延长、固溶温度的提高或炉内气氛中氧含量的增加,表面氧化层逐渐增厚,并对后续酸洗工序造成了影响.     

CO2和H2O气氛下Fe-C合金薄带脱碳对比

 为了对CO₂和H₂O两种气氛的脱碳效果进行对比,将碳质量分数约为4.2%的Fe-C合金薄带分别在两种气氛中进行脱碳处理。通过热力学分析结合试验保证碳被脱除且铁不氧化的气氛条件分别为:Ar-CO-CO₂(气体流量为850 mL/min,CO的体积分数为25%,$P_{CO_2}$/(P_CO+$P_{CO_2}$)为0.26),Ar-H₂-H₂O(气体流量为500 mL/min,H₂体积分数为15%,水浴温度为313 K)。当脱碳温度为1 413 K时,Ar-H₂-H₂O气氛下,脱碳时间为50 min时,脱碳后的平均碳质量分数为0.6%,Ar-CO-CO₂气氛下,脱碳时间为70 min时,脱碳后的平均碳质量分数为0.92%。当脱碳时间相同时,Ar-H₂-H₂O的脱碳效果优于Ar-CO-CO₂的脱碳效果,由于随着脱碳反应的进行薄带表面与氧化气体反应达到平衡,Ar-H₂-H₂O反应平衡时薄带的碳活度要低于Ar-CO-CO₂气氛条件的碳活度,导致Ar-H₂-H₂O气氛条件下薄带的碳浓度梯度高于Ar-CO-CO₂气氛条件,进而导致Ar-H₂-H₂O气氛条件的扩散通量大,脱碳效果好。     

中碳硅锰钢氧化脱碳特性的研究

介绍了不同温度条件下中碳硅锰钢的氧化脱碳性能,研究了裂纹尺寸大小对氧化脱碳性能的影响.     

薄带厚度对Fe-C合金气-固脱碳反应的影响

为了研究薄带厚度对Fe-C合金薄带气-固脱碳反应的影响,实验采用初始碳质量分数为4.20%,厚度分别为0.6、1.0、1.5和2.0mm的Fe-C合金薄带作为原料,在Ar-H2-H2O弱氧化气氛条件下进行气-固脱碳反应。结果表明,不同厚度薄带的脱碳速率均随着脱碳时间的延长而降低,薄带越薄脱碳速率越快,碳在薄带内部向反应界面的扩散是整个脱碳反应的限制性环节;通过对实验数据的拟合得到脱碳时间、薄带厚度和脱碳量三者的经验公式,同时对脱碳规律进行了数学的描述,得出不同厚度薄带的脱碳反应均近似于一级反应。提出了可明显改善脱碳效果的分段加热脱碳法,采用该种方法,厚度为1.5mm的薄带在50min内其碳的质量分数可由初始的4.20%脱除到0.39%。     

FeMnAlC TWIP钢加热过程中的氧化行为GD-OES研究

摘要：以成分（质量分数）为Fe-16%Mn-1.5%Al-0.6%C-0.11%Cr的TWIP钢为研究对象，采用模拟试验研究了加热过程中的氧化行为，使用GD-OES分析了加热温度和加热气氛中O2含量对表面元素深度分布的影响。结果表明，当TWIP钢在N2-0.05%（体积分数）O2的气氛中加热至550~700℃时，表面会形成Fe-Mn氧化层，次表层会形成贫锰层、脱碳层及内氧化层，各层厚度随加热温度升高而增大。在氧化性气氛中加热时，Al元素优先在次表层形成内氧化，少量的Cr元素在氧化层/基体界面上形成外氧化，表面氧化层中基本不含Al和Cr。当加热温度为650℃时，气氛中O2体积分数在0.025%~0.2%之间变化对氧化层厚度影响较小，均可获得厚度介于400~500nm的氧化层。由此可见，为获得TWIP钢合适的预氧化层厚度，同时减少预氧化层/基板界面位置的氧化物，直火加热出口温度控制比空燃比控制更重要。     

CO/CO2气氛下Fe-C合金气固反应脱碳

 为研究Ar-CO-CO₂气氛下Fe-C合金薄带的脱碳效果,通过热力学分析结合试验,确定脱碳气氛条件混合气体流量为850 mL/min,CO的体积分数为25%,PCO₂/(PCO+PCO₂)为0.26。以初始碳质量分数为4.2%左右的Fe-C合金薄带为研究对象,探索不同脱碳温度、薄带厚度、脱碳时间对脱碳效果的影响。研究结果表明,对厚度为2 mm的Fe-C合金薄带,脱碳温度分别为1 293、1 353、1 413 K,脱碳60 min后,平均碳质量分数分别为2.748%、1.870%、1.134%。厚度分别为1、1.5、2 mm的Fe-C合金薄带,脱碳温度为1 413 K,脱碳时间为60 min,对应的碳质量分数分别为0.32%、0.92%、1.05%。证明提高脱碳温度、延长脱碳时间、减少薄带厚度均有助于提高脱碳效果。     

1.5 mm铁碳合金薄带气-固反应脱碳研究

为了研究1.5 mm厚的铁碳合金薄带固态下的脱碳规律,试验以初始碳质量分数为3.2%,1.5 mm厚的铁碳合金薄带作为研究对象,通过在真空气氛脱碳炉内通入一定比例的Ar-H_2-H_2O混合气体营造出弱氧化性气氛,在保证铁基体不发生氧化的前提下,分别将试样加热到1 293、1 353、1 413 K保温脱碳10~50 min,以气-固反应的形式对薄带进行脱碳处理。试验结果表明:脱碳反应近似为一级反应,反应活化能为111.9 k J/mol;脱碳温度的高低对脱碳效果影响显著,拟合得出1.5 mm厚的薄带最终碳含量随时间变化的计算式为w_t=3.2e~((0.196 12-1.62×10~(-4)T)t)。     

CO-CO_2气氛条件对铁碳合金薄带脱碳的影响

为了研究CO-CO_2气氛条件对Fe-C合金薄带气—固反应脱碳的影响,试验采用高碳域、1 mm厚的Fe-C合金薄带为研究对象,在Ar-CO-CO_2弱氧化气氛条件下进行气—固反应脱碳。结果表明:在一定条件下,增加混合气体流量可以有效提高薄带表面氧覆盖率,有利于脱碳反应进行,当混合气体流量为850 mL·min~(-1)时,可以获得较好的脱碳效果;通过对不同P_(CO_2)/P_(CO)下脱碳后薄带表面XRD检测分析,当脱碳温度为1 413 K时,为保证脱碳而铁不氧化,混合气氛P_(CO_2)/P_(CO)不宜超过0.37;其他条件一定时,CO含量为25%(体积比)时,薄带脱碳效果最好;在一定范围内升高脱碳温度和延长脱碳时间都有利于铁碳合金薄带脱碳。     

高碳锰铁粉固相脱碳热力学研究

用CO2或H2O(g)作为脱碳剂进行高碳锰铁固态脱碳,当温度分别高于927℃或977℃时,高碳锰铁颗粒中外部的碳可被脱除.由于金属锰铁颗粒表面易被CO2或H2O2(g)所氧化,故脱碳反应又转变为颗粒内部的碳化锰和表面氧化锰之间的固-固相反应,使高碳锰铁继续脱碳.通过热力学计算证明了高碳锰铁用CO2或H2O(g)作为脱碳剂的可行性.     

加热期间弹簧钢55SiCr表面脱碳的影响因素研究

在实验室研究了加热温度、保温时间和加热炉内气氛对弹簧钢55S iCr表面脱碳的影响,并对脱碳反应进行了热力学分析。结果表明：在950℃-1250℃范围随温度升高,弹簧钢完全脱碳层厚度先增加后减小,1200℃时完全脱碳层厚度达到最大值,1250℃时由于氧化速度大于脱碳速度,完全脱碳层消失。弹簧钢完全脱碳层厚度分别随加热时间延长、气氛中CO2含量升高、O2含量升高和H2O（g）含量增加而明显增加。当温度为950℃、气氛中O2含量为1%、加热时间为35 min的条件下,可避免完全脱碳层的形成。     

2 mm铁碳合金薄带固态脱碳试验

 为了探究2 mm厚的铁碳合金薄带固相脱碳规律。试验以Ar-H2-H2O为脱碳气氛,在可控气氛管式炉内对Fe-C合金薄带进行脱碳。把初始碳质量分数为4.15%和3.20%的2 mm铁碳合金薄带分别放入加热场中,然后控制不同加热温度和脱碳时间进行脱碳研究。结果表明,碳向反应界面的扩散是脱碳反应的限制性环节,脱碳温度的升高和脱碳保温时间的延长均有利于脱碳,初始碳质量分数不同的铁碳合金薄带前期脱碳速率相同。由于薄带较厚,恒温脱碳不能达到脱碳要求,从而提出了分段加热脱碳法,脱碳效果良好,初始碳质量分数为4.15%的铁碳合金薄带70 min可脱到0.28%,初始碳质量分数为3.20%的铁碳合金薄带50 min可脱到0.23%。     

烧结碳气氛对CVD涂层刀片基体脱β层厚度的影响

为了研究烧结气氛对硬质合金脱β层厚度的影响，本研究以WC、Co、Ti(C,N)、(Ti,W)C和(Ta,Nb)C粉末为原料，通过脱氮气氛烧结制备了WC-(Ti,W)C-Ti(C,N)-(Ta,Nb)C-Co梯度硬质合金，并分析了Ti(C,N)含量和烧结碳气氛对合金微观组织与性能的影响规律。结果表明，添加Ti(C,N)将促进立方相向合金内部扩散，钴往外的扩散驱动力增强，在合金表面形成岛状或层状覆钴现象。烧结气氛主要是通过合金表面的碳含量来影响液相和立方相的迁移来影响脱β层的形成，随烧结炉碳气氛升高，脱β层厚度减少，添加0.9%Ti(C,N)制备的梯度硬质合金在低、中、高3种碳浓度气氛中脱β层厚度分别为20.2μm、10.7μm、0μm，因此，碳浓度气氛是影响脱β层厚度的一个重要因素。     

取向硅钢氧化膜结构对渗氮层深度的影响

摘要：低温板坯加热技术生产取向硅钢,其关键点之一在于脱碳退火后要进行渗氮处理。通过控制脱碳气氛,获得不同的氧化膜结构;并进一步分析在近似渗氮量条件下,氧化膜结构对渗氮层深度的影响。结果表明：氧化膜分为外层颗粒状氧化膜和内层层片状氧化膜两部分。随着脱碳气氛露点增加,脱碳板O含量增加,氧化膜厚度增厚、层片状氧化膜占氧化膜总厚度的比例下降,渗氮层深度增加。当层片状氧化膜厚度占比较高时,［N］原子积聚在试样的极表层,形成氮沿厚度方向的单峰分布,渗层较浅。当层片状氧化膜厚度占比较低时,［N］原子会越过该层,而在次表层再次发生积聚;从而除了极表层的氮峰外,在次表层形成一个或多个氮峰,渗层较深。     

铁碳合金薄带气- 固反应脱碳动力学分析

为了研究铁碳合金薄带固相脱碳反应的动力学。试验以Ar- H2- H2O为脱碳气氛,在可控气氛管式炉内对Fe- C合金薄带进行脱碳。把铁碳合金薄带放入加热场中加热到1020、1080和1140℃,并分别保温脱碳0、10、30、50、60、70、80和90min。结果表明,碳向反应界面的扩散是脱碳反应的限制性环节,脱碳温度的升高和脱碳保温时间的延长均有利于提高脱碳量,而且提高反应温度有助于提高脱碳反应速率。铁碳合金薄带固态脱碳反应近似为一级反应,脱碳反应表观活化能为144.9 kJ/mol。