首页 > 行业资讯 > 【新刊速览】鸡永帅：外加镁系氧化物粒子在钢铁材料制备中的进展

【新刊速览】鸡永帅：外加镁系氧化物粒子在钢铁材料制备中的进展

时间：2023-03-01 来源：浏览：

【新刊速览】鸡永帅：外加镁系氧化物粒子在钢铁材料制备中的进展

中国冶金

中国冶金

微信号 chinamet

功能介绍钢铁、铁合金、有色、电石、采矿、焦化、水泥、化工，环保行业的技术交流和行业信息平台

收录于合集

点击上方“蓝字”，关注更多精彩

外加镁系氧化物粒子在钢铁材料制备中的进展

鸡永帅，李阳，姜周华，孙萌，马彦硕

(东北大学冶金学院，辽宁沈阳 110819)

摘要

镁系氧化物粒子(MgO和MgO·Al ₂ O ₃ )在钢液中具有良好的分布特征，在适当的条件下向钢液加入镁系氧化物粒子可以改性和细化夹杂物、细化奥氏体晶粒和诱导晶内铁素体形核，最终实现钢材性能的优化。从镁系氧化物粒子的加入方法、对夹杂物的影响、对奥氏体晶粒的钉扎作用、诱导铁素体形核机理、对力学性能的影响5个方面进行总结。结果表明，降低密度差和润湿角粒子或结合强反应元素有利于提高收得率，粉末预分散法结合外场搅拌有利于进一步提升粒子在钢液中的均匀性；合理的镁系氧化物粒子加入量（质量分数）为0.01%～0.03%，夹杂物平均尺寸控制在1～2 μm，可以将夹杂物改性为MgO· Al ₂ O ₃ 或MgS；外加镁系氧化物有利于细化奥氏体晶粒、改善硫化物分布和提高针状铁素体比例，当其加入量为0.05%时，针状铁素体联锁最优，奥氏体晶粒最小；当超微镁系氧化物粒子的加入量为0.05%左右时钢铁材料的力学性能最优，屈服强度、抗拉强度、冲击韧性显著提高。

关键词

镁系氧化物；强化；晶粒生长；针状铁素体；钢铁材料

引言

目前，钢铁材料仍然是应用最为广泛的金属结构材料，随着社会的发展，钢铁材料的高性能化面临更严峻的挑战。1990年日本学者Takamura J I和Mizoguchi S等提出“氧化物冶金”技术，即利用细小弥散分布的非金属夹杂物细化晶粒和组织。时至今日，利用第二相钉扎效应和促进针状铁素体(AF)形核已经成为提高钢铁材料强韧性的有效手段。可有效促进 AF形核和钉扎效应的第二相氧化物分为 Ti、Mg、Zr 3大体系，近年来，也有学者提出第4大体系，即部分稀土氧化物或氧硫化物也具有同样的“氧化物冶金”效果。根据添加方式的不同可将引入第二相粒子的方法分为内部析出法和外部加入法，与内部析出法相比外部加入法粒子粒径更易控制。

镁是钢铁冶金中的常见元素，以氧化镁(MgO)和镁铝尖晶石(MgO· Al ₂ O ₃ )为代表的镁系氧化物粒子在钢液中具有细小弥散分布且热稳定好的优点。此外，镁系氧化物粒子被发现具备细化晶粒和夹杂物、诱导晶内铁素体(IF)的能力。近年来，大量文献报道了向钢中加入镁系氧化物的作用与影响，主要集中在粒子的加入方式、细化夹杂物和诱导AF形核3个方面。在镁系氧化物诱导AF形核的机理上可从异质形核、晶格匹配、热膨胀性差异和贫锰区几种理论来解释，但在加入方法和夹杂物粒径控制上，如何从根本上解决外加粒子的分散均匀性仍是一大难题，归根结底就是突破团聚漂浮的“瓶颈”问题，以实现粒子在钢基体中的均匀分散和高效强化。

本文从外加镁系氧化物粒子的加入方法、细化和诱导夹杂物析出、对奥氏体晶粒的钉扎作用、诱导铁素体形核及其机理和对力学性能的影响5个方面总结了外加镁系氧化物粒子在钢铁材料制备中的作用；对钢中外加镁系氧化物粒子的加入方法、夹杂物演变、显微组织、铁素体形核理论和力学性能进行了分析与讨论，以期为未来氧化物冶金技术的丰富和发展提供参考。

精选图表

结论与展望

随着外加粒子的“氧化物冶金”越来越被重视，外加镁系氧化物粒子在实验室中已被证明是一种可有效强化钢铁材料的手段，合理外加镁系氧化物粒子可以改性和细化夹杂物、细化奥氏体晶粒和诱导IF形核，进而优化钢材性能。

(1)降低密度差和接触角或与强反应元素结合有利于提高粒子收得率；利用外场辅助搅拌结合粉末预分散法有利于进一步提高超微粒子在钢液中的均匀性。

(2)20～100 nm超微镁系粒子加入量在0.01%~0.03%为最优，此时夹杂物尺寸最小，平均尺寸为1~2 μm；超微镁系粒子还可以改性夹杂物，形成细小弥散且稳定性高的MgO· Al ₂ O ₃ 和MgS，这些镁系复合夹杂物使硫化物分布更加均匀。

(3)镁系氧化物具有高熔点和热稳定性好的特征，细小弥散分布的镁系夹杂物可以有效钉扎奥氏体晶界以阻止高温下奥氏体的生长，达到组织细化的效果；当加入量为0.05%时，在水淬条件下奥氏体晶粒达到最小值(约2 μm)。

(4)外加0.03%～0.05%镁系氧化物超微粒子可以将夹杂物尺寸控制在有利于铁素体形核范围，且形成的镁系夹杂物与铁素体间具有低晶格错配度，对诱导AF形核具有多重效应。目前研究主要集中在20～100 nm，可以考虑外加亚微米级别颗粒，此时粒子更加容易加工，团聚效应更弱，且亚微米100~500 nm颗粒同样位于针状铁素体形核最优区间内。

(5)当20～100 nm超微镁系氧化物粒子的加入量在0.03%～0.05%时，钢铁材料的屈服强度、抗拉强度，冲击功显著提高。

来源：《中国冶金》2023年第2期

END