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Fe-Mn-Al-C系低密度钢中非金属夹杂物生成及演变行为研究

批准号:
52074199
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
朱航宇
依托单位:
学科分类:
钢铁冶金
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
朱航宇

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
Fe-Mn-Al-C系低密度钢具有优异的机械性能,是一种具有高轻量化潜力的高强钢,在汽车、船舶以及军事领域有较好的应用前景。低密度钢通过提高Mn、Al含量来满足强度、韧性和轻量化指标,在冶炼过程会产生大量AlN、MnS等夹杂物,而AlN和MnS夹杂物会导致低密度钢塑性恶化。为此,本项目采用理论分析、凝固实验和高温实验等研究方法,研究低密度钢金属熔体中Fe-Mn-Al-C-N-O-S体系中夹杂物平衡关系,明确低密度钢中夹杂物生成条件、形核机制及AlN夹杂团聚机理;研究凝固条件和加热制度对低密度钢中夹杂物类型、尺寸、数量和空间分布的影响规律,揭示凝固和加热过程中夹杂物演变规律,获得适用的冷却条件和加热工艺;提出冶炼-凝固-热处理协同控制低密度钢中夹杂物策略,研究结果可为工业化生产低密度钢提供理论参考,具有重要理论和应用价值。
英文摘要
Fe-Mn-Al-C low density steel has excellent mechanical properties and great potential in lightweight materials, it has extensive application prospects in the fields of automobile, shipping and military. In order to satisfy requirement of strength, toughness and lightweight, the content of manganese and aluminum in steel should be increased. However, AlN and MnS inclusions will be generated in metallic melt during smelting process, and AlN, MnS inclusions are mainly causes of deterioration of plasticity. Based on this background, the present project adopts the combined method including theory analysis, solidification experiments and high temperature experiments, proposes to investigate the formation and evolution mechanism of inclusions in Fe-Mn-Al-C low density steel. This research work is mainly to study inclusion balance in Fe-Mn-Al-C-N-O-S system, and elucidate formation condition and nucleation mechanism of non-metallic inclusions including agglomeration mechanism of AlN inclusion, correlate solidification, heat treatment and the variations of type, size, number and distribution of inclusions, finally obtain applicable cooling condition and heating process. Based on research results, a coordinated control method of non-metallic inclusions during smelting, solidification and heat treatment process may be presented, which has great theoretical importance and applied value for the industrialization of Fe-Mn-Al-C low density steel.
低密度钢在汽车、船舶、航空航天等领域具有很好的轻量化应用前景,但冶炼过程中夹杂物控制是生产的难点问题。本项目系统研究了低密度钢冶炼-凝固-热处理过程中夹杂物生成及其演变行为,研究结果可为工业化生产低密度钢提供理论基础和参考依据。主要结果包括:(1)发现低密度钢中主要夹杂物为单质MnS、单质AlN、Al2O3、AlN-MnS、Al2O3-MnS等;(2)随着钢中铝含量的增加,钢的液相线温度和固相线温度均相应降低,钢中AlN夹杂在冶炼过程中就会形成的,但AlN夹杂物在冶炼过程中通常会聚集;(3)锰合金对钢中夹杂物种类影响不大,但夹杂物具有遗传特性,纯净度和残余元素会影响钢水质量;(4)精炼渣成分建议为CaO-Al2O3-5%SiO2-8%MgO,(CaO/Al2O3)在0.5 ~ 2.0范围时可以得到脱硫效果与熔化性能较好的精炼渣;(5)精炼渣与高锰高铝钢液反应前期限制性环节为[Al]在钢液中的传质,随着渣金反应的进行,精炼渣成分发生显著改变、粘度升高以及渣中固相颗粒的形成,使得(SiO2)等反应物在渣中的传质条件恶化,渣中各组元向反应界面的传质成为渣金反应的速率限制环节;(6)热处理过程中MnS夹杂物转化为近球形或者椭球形,热处理温度对最终夹杂物析出体积的影响不大,但可以通过改变热处理温度和处理时间控制夹杂物的析出量;(7)创新性提出一种液吸法制备扩散偶,可以用于研究夹杂物与钢基体相互作用。热处理后,Al2O3/钢界面附近PPZ区域析出夹杂物颗粒为Al2O3,MgO/钢界面附近PPZ区域夹杂颗粒为Al2O3和MgAl2O4,AlN/钢界面附近PPZ区域夹杂颗粒为AlN、Al2O3和MnAl2O4;(8)在扩散偶PPZ中由于含Al夹杂物颗粒的形成会导致钢基体中出现贫Al区。垂直于夹杂物/钢基体界面,存在锰的扩散行为。基于项目成果在某钢厂成功开发出低密度钢,通过添加稀土/钛,调整合金加入顺序等措施可有效控制钢水洁净度。
核燃料包壳用FeCrAl合金中非金属夹杂物生成、演变及其调控机理
  • 批准号:
    52374341
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    50万元
  • 批准年份:
    2023
  • 负责人:
    朱航宇
  • 依托单位:
高强度帘线钢中Ti(CxN1-x)夹杂析出及演化行为研究
  • 批准号:
    51604198
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    20.0万元
  • 批准年份:
    2016
  • 负责人:
    朱航宇
  • 依托单位:
国内基金
海外基金