氧化物冶金技术及其应用

高伟

摘 要：氧化物冶金技术是利用钢中细小非金属夹杂物诱导晶内铁素体形核来细化晶粒的一种技术，利用该技术可以获得高强度、高韧性以及焊接性能良好匹配的高性能钢材。基于此，文章分析了当前氧化物冶金技术的几种晶内铁素体形核机理，并以氧化物冶金技术在管线钢中的应用为例，探析氧化物冶金技术的实际应用。

关键词：氧化物；冶金技术；应用

引言

近年来，我国航空、汽车等行业发展迅速，对钢铁数量和质量的要求不断提升，社会各界对细化晶粒的关注程度也逐渐提升。氧化物冶金技术能够完善的应用细化晶粒，提升钢铁的韧性和强度，因此，研究氧化物冶金技术及其应用具有深刻的现实意义。

1晶内铁素体的显微组织特征及形核机理

在氧化物冶金技术中，钢中夹杂物的作用主要有两个：一是被称为析出相的夹杂物可钉扎高温下晶界的移动，从而阻碍晶粒的长大，达到细化晶粒的目的；二是奥氏体内细小夹杂物可诱导IGF形核，在奥氏体相变时形成取向杂乱、交叉连锁的组织，以细化晶粒。

1.1晶内铁素体的显微组织特征

晶内铁素体是一种热力学非平衡组织，其是在奥氏晶体内的非金属夹杂物上形核的，其属于中温转化产物，转换温度在460℃～680℃之间。晶内铁素体是一种板条状组织，其非常细，而且在原奥氏体晶粒内以交叉互锁的形式存在，如图1所示。晶内铁素体的显微组织特征主要包括以下两方面：一，晶内铁素体形成的最大角度晶界，能够在一定程度上阻碍板条内裂纹的进一步扩展，因此氧化物冶金型钢的韧性和强度都比较高；二，由于晶内铁素体在奥氏晶体内形成，因此其能够细化钢的晶粒。

1.2晶内铁素体的形核机理分析

学术界关于晶内铁素体的形核机理做了许多研究，由于篇幅有限，文章仅对低错配度机理和应力～应变能机理进行分析。

1.2.1低错配度机理

低错配度机理认为，当在某一晶面，晶内铁素体与非金属夹杂物之间具有相对较低的错配度，此时非金属夹杂物能够为晶内铁素体的形核提供一个低能界面，进而降低晶内铁素体形核需要越过的能垒。图2为Ti2O3之间夹杂形成的Mn、B贫乏区，通过该图及一些常见可能诱导晶内铁素体形核的夹杂物与晶内铁素体之间的错配度可以发现，TiC、TiN等夹杂物会诱发晶内铁素体形核，但该机理又无法解释与铁素体的错配度高达26.8%的Ti2O3可作为晶内铁素体的形核核心的原因。

（1.2.2）应力～应变能机理

應力～应变能机理认为，当奥氏体基体热膨胀系数大于钢中非金属夹杂物的膨胀系数时，钢冷却凝固过程中，奥氏体与非金属夹杂物之间会产生较大的应力，为形核提供驱动力，进而促进铁素体形核，常见的几种夹杂物的热膨胀系数如表1所示。应力～应变能机理能够很好的解释富含铝、硅酸盐等比奥氏体基体热膨胀系数小很多的夹杂物诱发晶内铁素体形核的原因。但是该机理难以解释MnS夹杂物诱发晶内铁素体形核的原因，因为在0～850℃时，钢的线膨胀系数为23.0×10-6，MnS的线膨胀系数为18.1×10-6，两者之间线膨胀系数相差较小，难以形成较大应力。

2氧化物冶金技术的应用

文章一氧化物冶金技术在管线钢中的应用为例，分析氧化物冶金技术的实际应用。

在对X80管线钢进行焊接时，热影响区的粗晶区采用较小的线能量和合适的预热温度匹配时，高温停留时间会比较短，第二相粒子的数量多且尺寸小，第二相对原始奥氏体晶界的钉扎作用较强，所以得到的晶粒尺寸较小且冲击韧性较高。随着对X80管线钢焊接工艺的调整与改进，焊接热影响区的粗晶区的韧性能够得到很好的改善。因此，焊缝性能是焊接过程中影响管线钢质量的关键。

通过研究氧化物冶金技术，相关人员发现夹杂物的大小、数量、形态、分布情况、合金元素的含量、焊接后冷却速度、原奥氏体晶粒的大小等因素会对管线钢焊缝金属中针状铁素体比例造成影响，因此，对管线钢焊缝金属中针状铁素体比例的控制，可以采取以下措施：

一，控制合金元素。对熔敷金属中的合金元素进行控制，使其在焊缝组织中的含量在合适的范围之内。相关人员进行了Ti、B合金元素对焊缝金属韧性影响的研究，结果表明：在焊缝中添加Ti、B合金元素，能降低奥氏体向针状转变的临界冷却速度，扩大针状铁素体形成区域，使焊缝金属具有良好韧性；二，合理控制热输入量。相关科学家进行了大热输入焊接试验，结果表明：400kJ/cm的大热输入量后熔合线部位形成先共析铁素体和大量晶内针状铁素体，表现出优良的低温冲击韧性；

结语

总而言之，氧化物冶金技术是现阶段较为先进的冶金技术，其能够有效提升钢铁的韧性和强度，因此，相关人员应加强对氧化物冶金技术的研究，积极将氧化物冶金技术应用在钢铁生产中，促使钢铁更好地为社会服务。

参考文献：

[1]彭明军，史方杰，安鹏.氧化物冶金技术的应用及其前景[J].化工设计通讯，2016，42（10）：36.