氧化物冶金与脉冲磁场影响钢组织演化的协同作用机制研究

Pulsed magnetic field treatment technology and oxide metallurgy technology are important trends to refine structure and to enhance the toughness of material. Grain and structure were double refined throughout the solidification process of liquid steel by combining the pulsed magnetic treatment technology and oxide metallurgy technology , which further optimize the performance of steel materials. The affect of magnetic field energy on flow field and stress field when low-pressure, low-frequency pulsed magnetic field was applied , the effect of pulsed magnetic field on distribution,the action, undulation, polymerization and split of variety classes of microcosmic inclusions in liquid steel and on intragranular ferrite induced by inclusions will be studied. Refinement mechanism of dendritic crystal under pulsed magnetic field in liquid phase solidification process will be discussed. The mechanism of nucleation, growth thermodynamic and growth kinetic of microcosmic inclusions in liquid steel under pulsed magnetic field will be resolved. The mechanism of intragranular ferrite precipitation induced by variety classes of microcosmic inclusions will be revealled. The reuslts provide a theoretical basis for application of pulsed magnetic field treatment technology and oxide metallurgy technology in large heat input welding steel and welding process, and development of high quality non quenched and tempered steel and pipe line steel.

脉冲磁场处理和氧化物冶金技术是细化枝晶和组织，提升材料强韧性的两个重要方向。将脉冲磁场作用于钢液的整个凝固过程并与氧化物冶金技术有机结合，使钢液在整个凝固过程中晶粒和组织双重细化，可进一步优化钢铁材料的性能。本课题将研究在施加低压、低频脉冲磁场处理时磁场能对钢液流场、应力场的影响，研究脉冲磁场对钢液中不同属性的微小夹杂物的分布、运动、起伏、聚合、分裂等方面的作用以及施加脉冲磁场后对夹杂物诱发晶内铁素体的影响，探讨脉冲磁场作用下液相凝固过程中枝晶细化机理，解析脉冲磁场作用下钢液中微小夹杂物形核、生长的热力学、动力学机理，揭示施加脉冲磁场处理时不同种类微小夹杂物诱发晶内铁素体析出的机理。为脉冲磁场处理氧化物冶金技术应用于大线能量焊接用钢及焊接过程、高品质非调质钢、管线钢的开发提供理论基础。

如果苛求钢液极度纯净，将极大提高经济和环境成本，如果将钢中夹杂物的尺寸控制在某一临界尺寸以下，钢不需要超纯净，其性能也能得到保证和优化。氧化物冶金技术和脉冲磁场细晶强韧技术的协同作用正是这种先进理念在高性能钢铁材料研究和生产上的具体体现。本课题利用脉冲磁场处理和氧化物冶金技术协同作用细化晶粒，提升钢的强度和韧性。.1）通过本课题的研究，掌握了脉冲磁场参数对凝固细晶过程的影响规律，揭示了脉冲磁场对在钢液中形成细小、弥散夹杂物的作用规律和机理。脉冲磁场作用抑制了温度场和流场对夹杂物的作用力，降低了夹杂物在液相区的迁移速率，使夹杂物在整个液-固相变过程中分布更加均匀，脉冲磁场的施加驱使夹杂物更容易被凝固前沿吞没，大大增加了夹杂物被凝固前沿吞没的吞没率，即使夹杂物能更均匀的分布在固相区，更有利于氧化物冶金行为。脉冲磁场处理技术和氧化物冶金技术协同作用下，凝固组织得到了双重细化。当冷却速率为100℃/分钟左右，脉冲磁场周期为1.5s时晶粒细化效果最好。.2）根据晶体生长的配位体理论，提出了晶内铁素体形成放射针状的机理模型。通过对脱氧剂的种类、添加顺序、添加时的氧位、添加量和添加方法的控制，优化合金元素的成分设计，选择生成合适成分的夹杂物，促进晶内铁素体的形核，使船板钢的性能进一步优化，提出了能有效细化晶粒、提高焊接性能的Mo-Nb-Ti-Mg微合金化冶炼新方法。.3）大线能量焊接船板钢的基础研究及试验结果，利用焊接试验，对比分析了传统船板钢和大线能量焊接船板钢焊接热影响区的组织与性能，成功开发出适用于工业生产的大线能量焊接船板钢的生产工艺。获得了-20℃，焊接输入线能量为150kJ/cm时，熔合线2mm处冲击吸收能量平均值达到195.3J的船板钢。.4）研制出模拟在脉冲磁场作用下进行焊接的高温装置，脉冲磁场最大强度为1T，频率为5HZ，可进行脉冲磁场作用下的焊接模拟研究。本项目原定计划已全部完成。