氧化物冶金技术

氧化物冶金技术（精选三篇）

氧化物冶金技术 篇1

1 氧化物冶金技术的概念及基本思路

氧化物冶金技术是上个世纪九十年代日本新日铁高村等人提出的一个概念。氧化物冶金技术其原理是在钢铁冶金过程之中, 控制炼化物内部杂物的形态、大小、分布以及数量, 进而实现在钢铁冷凝过程中细小的杂物得以析出, 进而整体化地提升钢铁冶炼的质量[2]。

利用氧化物冶金技术实现冶金韧性以及强度提升的主要思路主要可以囊括为以下四步:首先, 钢中铁素体的晶粒过大会导致炼制钢韧性过低, 而氧化物冶金技术可实现铁素体晶粒的细化, 进而可提升钢韧度;其次, 为依托于氧化物冶金技术可实现奥氏体晶粒粗化的阻断, 进而可保障韧度;再者, 为晶内铁素体其具备自身细化的自主能力, 因此也可对焊接热影响区的粗化现象给以缓解;最后, 为在一定条件下还可以通过非金属夹杂物实现铁素体形核的诱导, 起到细化晶粒的效果。

2 氧化物冶金技术的应用

近年来, 依托于氧化物冶金技术, 达到冶金锻炼钢其韧性提升的效果, 已经得到了相关行业的承认和广泛的应用, 目前已经制造出了微合金低碳钢、非调质钢以及天然气、石油运输管线钢等诸多高韧性的钢材[2]。

其中微合金低碳钢, 实现了工程结构钢焊接热影响区韧性的提升, 其在焊接的过程中可实现热影响区韧性和强度的保障, 并且在转变温度上可保持在-50℃。

非调质钢, 指的是在钢的锻炼过程中对调制处理环节给以取消, 进而实现了极佳的节能效果, 并且还保持了很高的冲击韧性值。目前世界上主要汽车制造国家, 日本、德国中碳非调质钢是其汽车连杆、曲杆制造的主要材料, 占比达到80%左右。

在天然气、石油管线钢的前期研发阶段, 管线钢由于长期埋设于大线能量场之下, 因此在其焊接区极易出现韧性快速下降的问题。依托于氧化物冶金技术, 其对该问题实现了有效的解决。此外, 通过氧化物冶金技术焊接金属的韧性以及强度方面也取得了极佳的提升效果。

3 氧化物冶金技术的发展前景

二十一世纪科学技术都在快速的发展, 而氧化物冶金技术依托于其在提升钢强度和韧性方便的优势, 在未来也必然会有更为广阔的应用空间[3]。具体而言可能在两个方面会有较为广泛的应用前景;其一, 依托于氧化物冶金技术通过细化晶粒的原理, 对冶炼钢的韧性以及强度的提升效果, 未来在超细晶粒钢制造上必然有广泛的前景, 其二, 虽然目前氧化物冶金技术已经应用于天然气、石油的管线钢制造中, 但是仍然处于适用阶段, 还存在着诸多的问题, 例如可作为有效核心的有益氧化其临界的尺寸还没有完全的明确化, 有益氧化物的生成条件和细化晶粒的机理还不甚明确等等。所以, 只有在这些问题得以充分解决后, 氧化物冶金技术在产品开发、焊接等各个领域上, 也必然会得到更广泛的应用。

4 结束语

综上所述, 氧化物冶金技术是上个世纪九十年代日本新日铁高村等人提出的一个概念, 其实现冶炼钢强度和韧性提升的原理是应用钢中细小非金属杂物达到了晶内铁素体形核细化。目前依托于氧化物冶金技术已经开发出了微合金低碳钢、非调质钢以及天然气、石油运输管线钢等诸多高韧性的钢材。并且应用氧化物冶金技术于工程焊接中, 也可以解决可能出现的焊接热影响钢韧性问题。在未来实现进一步的应用氧化物冶金技术, 不断提升我国的冶金技术, 还需要进一步增加在该方面的研究投入。

摘要：氧化物冶金技术是一种应用钢中细小非金属夹杂物诱导晶内铁素体形核细化晶粒的新技术。基于氧化物冶金技术高强度高韧性低碳钢的非调质钢得以诞生。首先介绍了氧化物冶金技术的概念及基本思路, 进而分析了氧化物冶金技术的应用, 最后展望了氧化物冶金技术的发展前景。

关键词：氧化物冶金技术,前景,应用领域

参考文献

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冶金轧钢生产新技术分析 篇2

随着我国经济高速发展，建筑行业、造船业、汽车制造业等所需钢铁行业的兴旺，给冶金轧钢行业带来了新的机遇，然而，矿石原材料、冶炼成本费用的提高却给我国钢铁行业带来了新的困难。结合我国基本国情，当前乃至今后轧钢生产要以围绕降低生产成本、节约能源、提高轧钢质量、保证产量、开发新产品所进行的新技术、新工艺开发为主。新技术、新工艺的研究、开发、推广和使用，可以提高产品质量和性能，增强冶金企业的市场竞争力。本文重点分析了以节能降耗、提高产品性能质量、生产自动化连续化为目标的冶金轧钢生产新技术。

虽然我国的粗钢产量位居世界榜首，但是精钢生产技术和产量仍处于世界落后水平，很多钢铁企业仍停留在重产量轻質量的发展瓶颈上，中国冶金轧钢业要振兴，路仍然艰辛漫长，必须要走精细化道路。在2008年世界金融危机的爆发，也暴露出我国钢铁企业的一些问题，高成本、高耗能、高污染、低附加值，严重制约了我国钢铁企业的发展。因此，开发探究轧钢新技术、新工艺是突破发展瓶颈的唯一手段，是钢铁企业降低成本、节约能源、提高质量、提高性能，提高产品竞争力的主要方法。

一、节能降耗的轧钢生产新技术

轧钢生产过程中能耗主要包括电力设备能耗、燃料能耗和氧化烧损三个方面。在轧钢生产工序中影响能耗因素较多，其中采用节能降耗的轧钢生产技术也比较多。

1.加热、蓄热节能炉技术。这种技术就是在轧钢加热炉中采用蓄热燃烧技术，是一种先进的燃烧技术。加热、蓄热节能炉技术，主要有两个技术方面的突破：一个是将蓄热体更改为陶瓷质蓄热体，此蓄热体传热效率高，减少了蓄热室体积。另一个是换向设备重新改造，提高了控制技术。新型蓄热室能降低烟气排出温度100℃，热效率可达70%。新型蓄热式式炉技术能最大限度回收烟气中的热量，较少热能损失，提高加热炉产量，节约燃料成本，同时减少二氧化碳和二氧化氮的排放量，降低污染，在轧钢生产过程中保护了自然环境。

2.炉内绝热技术和涂料技术。这项技术是加热炉内部技术，新技术炉内窑衬材料采用高铝、莫来石质耐火浇铸，开发高性能防烧结料圈为发展趋势。目前使用的节能涂料能有效节能达25%，在节能基础上提高生产效率。

3.连铸坯热送热装技术。就是在400℃以上的温度装炉，协调连铸与轧钢生产节奏后，待机装入燃烧炉。此技术能大幅度降低加热炉燃耗，减少烧损量，缩短生产周期，提高成材率。此技术的实现需要四个条件。合格的连铸板坯，工序协调稳定，相关技术设备和计算机管理系统。

4.薄板坯连铸连轧技术。薄板坯连铸速度高、凝固传热强度大，需要控制系统的浇铸温度，运用电磁搅拌技术、轻压下技术，再快速边部加热、均热，多道次高压水除鳞，加上精轧机组的技术装备，使轧制质量高于传统热轧质量。此技术，目前发展工作主要集中在低碳、超低碳深冲钢的生产，高牌号管线钢生产和高强度的生产几个方面。

二、提高性能质量的轧钢生产新技术

1.热机械控制轧钢生产技术。热机械控制工艺是在轧钢热轧过程中，在控制轧制的基础上实施空冷或控制冷却及加速冷却的技术。这些技术不需要复杂的后续热处理，能生产出高强度的高韧性的钢材，是一种节约合金和能源，有利于环保的工艺。近年来，此工艺研究重点是放在如何控制冷却，加速冷却方面。加快轧制后钢铁冷却速度能有效抑制晶粒长大，获得高强度、高韧度所需的潮汐铁素体和贝氏体组织，甚至获得马氏体组织。

目前，国内研究已在中厚板、热连轧、H型等热轧钢铁材料新一代控轧控冷工艺开发技术领域取得创新性的科研成果，获得关键技术领域成果突破。一是研制出满足热轧钢铁材料，实现超快速冷却的高性能射流喷嘴，解决了热轧钢板高强度冷却过程中板材高冷却速率及高冷却均匀性难题。二是研制出多种钢铁产品热轧生产线的超快速冷却成套技术装备。解决了超快速冷却技术的工程技术难题，满足多种轧钢铁热轧控轧空冷技术的开发需要。三是研制出基于超快速冷却的工艺自动化控制系统。实现了中厚板、热轧板带等生产线超快冷却工艺的自动化连续稳定生产。

2.高精度轧制技术。轧制产品的高精度是轧制技术的发展主要趋势，高精度轧制技术最终反映在产品的尺寸精度上。要从原料、工艺、设备、控制、仪表检测、轧制理论以及生产管理诸多方面来提高产品精度。主要技术有热轧板带技术，型钢轧制技术、冷轧板带及涂镀技术、棒线材轧制技术和无缝管轧制技术。每种技术均以提高产品精度为目的进行的轧钢生产技术，这些技术的最大优点是节约钢材，提高钢材利用率1%-5%。目前，我国高精度轧制技术和设备相比国外发达国家技术还存在较大差距，是今后冶金轧钢技术发展的主要方向。

三、自动化连续化的轧钢生产新技术

1.无头轧钢生产技术。无头轧制主要应用在热轧带钢和棒线材生产中，半无头轧制主要应用在薄板坯连铸连轧生产中。无头轧制技术主要是粗轧制后的带坯在进入精轧制机前，与前一根带坯的尾部焊接在一起，连续不断地通过精轧机，这种技术可以生产0.8毫米的超薄带钢。这种技术轧制的带钢厚度精度高、板型波动少，不受传统轧制法的速度规范限制，提高15%生产率，提高钢带行走的稳定性，提高产品强度。

2.计算机一体化管理技术。在钢铁生产流程中必不可少的三大关键工序，炼钢-连铸-热轧，它们是顺序加工关系，在钢铁加工中要实现物流平衡、资源平衡、能量平衡、时间平衡，并按照一定节奏交连铸工序，三道工序视为一个整体，就需要一体化管理，统一计划、统一调度，一体化管理是钢铁企业追求的生产目标，其核心就是计算机在整个生产过程中的管理与控制。

结语

冶金轧钢生产新技术，都是基于以节能降耗，提高产品性能，提高生产率，使生产连续化、自动化为目的系列技术研发。近年来，我国钢产量迅猛发展，钢材需求接近饱和，冶金企业要想在激励的竞争中求科学发展，必须要研制开发新的冶金轧钢生产技术，淘汰落后的工艺与设备，提高产品质量和性能，降低生产成本，才能占领市场，立于不败之地。

浅论氧化物冶金工艺的新进展 篇3

1. 氧化物冶金概述

氧化物冶金 (Oxide Metallurgy) 的概念, 最早是于1990年, 由日本的高村仁一和沟口庄三等提出。传统观点认为, 非金属夹杂物会导致钢结构内部的缺陷, 是有害的。然而, 对于较大的非金属夹杂物而言是有害的, 但对于微米级的氧化物而言, 可通过控制其大小尺寸、排列分布和组成, 从而让钢的性能得到一个质的提升和改善。所以, 在炼钢的工艺流程中, 通过控制氧化物组成、形态、大小以及数量等, 从而达到控制材料性能目的的技术, 就称为氧化冶金。

而就氧化冶金的思路而言, 主要分为4步 (如图1所示) :

(1) 由于钢铁中铁素体晶粒粒径粗大, 容易导致材料韧性不高, 通过细化奥氏体晶粒提高韧性。

(2) 利用控轧-控冷技术防止奥氏体晶粒的粗化。

(3) 由于晶体内的铁素体拥有较好的细化能力, 可有效抑制焊接对晶粒粗化的影响, 可在奥氏体晶粒内形核, 从而得到大量晶内铁素体。

(4) 由于钢材存在大量非金属夹杂物, 在一定的条件下, 这类非金属夹杂物会导致晶体内铁素体形核, 从而实现钢体晶粒的细化。

2. 氧化物的特征与分布

对于细小的弥散化的氧化物而言, 在钢中会起不同的作用, 然而, 并非所有的氧化物都能析出核心, 不同的氧化物与不同的析出相之间存在不同的兼容性质。Shozo Mizoguchi和Jin-ichi Takamura等对Ti、Zr、Si、Mn的氧化物进行了研究, 得出以析出相为核心的氧化物总的可分为两类:活性氧化物和非活性氧化物。活性氧化物有:Fe O、Mn O·Si O2、Ti2O3等, 非活性氧化物主要有:Si O2、Al2O3等。

而对氧化物的分布而言, 主要影响因素有氧化物的体积密度、孕育时间以及冷却速度等。研究发现, 当随着氧化物体积密度的增大, 钢液中氧化物粒子长大的速度会明显降低, 即对应的氧化物粒子的数目会相应增大。同时, 由于冷却速度的增加会导致氧化物粒径以及析出相粒子尺寸的减小, 所以, 当冷却速度增大时, 氧化物的数目也会显著增加。

3. 氧化物冶金工艺的新进展

3.1 JFEEWEL技术

JFEEWEL (Excellent Quality in Large Heat Input welded Joints) 技术工艺也叫做大线能量焊接热影响区性能优异, 由日本的JFE公司研制开发。主要是通过抑制焊接时影响区内的γ晶体粒子的生长, 促进γ晶体粒子的晶内铁素体的生长和设计低碳当量的合金3个方面, 解决焊接区韧性降低的问题。JFE EWEL工艺的主要内容包括 (如图2所示) :

(1) 利用Super OLAC技术, 降低碳当量, 并将碳当量控制在合理的下限范围内, 从而提高钢的强度。

(2) 合理控制Ti和N的添加量, 保持钛氮比在一定范围, 将Ti N的固熔温度提高到1450℃, 从而使得HAZ区奥氏体晶粒保持合理增长。

(3) 为细化HAZ组织, 必须合理控制好钢材里B、N与O、Ca的量, 可采用BN与S的夹杂物诱导焊接过程中晶内铁素体的形核。

3.2 新日铁HTUFF技术

HTUFF技术, 即通过细小粒子得到微细组织和超高的HAZ韧性技术, 属于新日铁的第二代氧化物冶金技术。主要使用对象为490MPa~590MPa的结构, 如船舶、钢结构管道等的焊接工艺。对HTUFF钢而言, 当温度稳定在1400℃时, 可利用粒径较小 (一般在10nm~100nm范围内) 且呈弥散分布的夹杂物 (含有硫化物、钙镁氧化物等) 来钉扎奥氏体晶粒的长大, 并利用夹杂物对IGF的形核作用, 达到细化HAZ组织的目的, 从而提高钢的韧性。

3.3 TMCP与氧化物冶金工艺相结合

TMCP (Thermo Mechanical Control Process, 简称TMCP) 也叫热机械控制工艺, 主要是指:通过控制热轧过程中的温度和压量, 并在此基础上实施冷却工艺技术的总称。将TMCP与氧化物冶金技术进行融合, 最早是由新日铁提出, 首先是调节控制热量和加工变形量, 控制冶金工艺的结晶、析出以及相变, 其次才是通过调节硫化物和氮化物量, 实现相变控制。但是, 由于产品规格的差异, TMCP工艺效果的差异也较大, 这种技术工艺比较适合于细、薄钢材产品的加工, 而对于超厚钢板的工艺效果不是很理想, 对钢强度、韧性的提高不理想。

4. 氧化物冶金工艺的实际应用与展望

在实际的生产活动中, 氧化物冶金主要应用在以下两个方面:一是针对低碳钢在焊接区韧性的提高, 由于在焊接过程中存在大量的能量输入, 记忆导致影响区内的奥氏体晶粒的粗化, 从而导致钢体韧性的降低。当采用氧化物冶金技术后, 利用氧化物的稳定性, 可保证在高能量输入的情况下, 热能影响区的钢体性能不会降低。二是在特定机械结构中, 高韧性热锻微合金钢的运用。由于这类钢材的Mn、S含量高, 可利用氧化物促使生成大量细小的Mn S结晶, 形成晶内铁素体的形体核心, 从而大大细化组织, 简化整个热处理工艺流程。

氧化物冶金工艺是超级钢的主要技术手段之一, 它的优势有:

(1) 由于这种工艺无须添加其他的添加剂, 不会对整个生产过程造成影响, 类似于去除杂质的作用, 对钢性能的提高有利。

(2) 由于加入的Ti、Ce、Zr等元素, 它们具有很强的脱硫能力, 同时其自身也属于微合金元素, 一定程度上能提高钢材性能。

(3) 氧化物冶金工艺能有效提高冷却速度。因此, 氧化物冶金具有非常广阔的应用和发展前景。

摘要：本文主要阐述了氧化物冶金的基本概念和原理, 并结合氧化物的特征与分布机理, 对JFE EWEL技术、新日铁HTUFF技术以及TMCP与氧化物冶金工艺相结合技术在氧化物冶金工艺中的应用进行了一系列分析, 最后对氧化物冶金工艺的实际应用与展望做了一定的探讨。

关键词：氧化物冶金,非金属夹杂物,晶粒细化,析出相

参考文献

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