浅析氧化物冶金工艺的新进展及其发展趋势

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[摘要]本文简单分析了氧化物冶金工艺的新进展，包括HTUFF工艺、JFE EWEI工艺等，并分析了其应用新进展和发展趋势，为从事冶金行业的人员提供一定的参考与借鉴。

[关键词]氧化物 冶金工艺 技术进展 发展趋势 研究

[中图分类号] TF1 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2014）-4-57-1

0前言

科学技术的不断更新换代，现代冶金技术也得到了长足的发展。钢材是现代社会消耗量极大的材料，在冶炼方面的工艺也在不断优化，性能得到较大的提升。一般认为钢产品中的非金属物质是造成产品质量缺陷、限制其强度的重要因素。但是现代研究表明，该类杂质造成钢产品的缺陷时需要有一定条件，即尺寸超过50μm的大型夹杂物才会对多种钢产品的性能造成影响。现代冶金技术的发展，氧化冶金技术的逐步成熟，其能够充分利用钢材中尺寸较小，不超过几微米的杂质，在制造的过程中，将其作为各种异质性核心，包括硫化物、碳化物、氮化物等，调整杂质的大小、形态、数量及其分布状态等，提高钢材的性能，为冶金企业创造更加良好的经济效益及社会效益。

1氧化物冶金新工艺

1.1JFEEWEI工艺

JFE EWEI工艺即是大线能量焊接热影响区性能优异（Excellent Quality in Large HeatInput Welded Joints）。该技术率先由日本的公司开发出来，其基本原理是控制焊接热影响区γ晶粒的长大，促进该晶体的晶内铁素体的生长并控制低碳当量的合金设计，改善焊接热影响区韧性下降的现象。

其应用范围较广，桥梁、造船、建筑等行业中使用的钢板一般强度较高、厚度大，且经过了能量焊接，该技术能够大幅度提高其热影响区的韧性。该工艺技术的主要包括：焊接热影响区粒内组织细化技术、在线超快加速冷却技术、焊接热影响区晶粒粗化抑制技术、焊接热影响区基体组织韧性改善技术等。

该工艺也需要注意一下几个方面：

（1）科学控制钛及氮的添加量、钛氮的比例及微合金化，能够有效提升焊接过程TiN的固溶温度，由1400℃以下上升至1450℃以上，且其在该温度条件下还能够细化弥散，有效的控制了焊接热影响区奥氏体晶粒的由于高温而出现的长大现象，使得焊接热影响区宽度为2.10mm的粗晶粒下降至0.3mm。

（2）在进行压力加工时，使用在线超快加速冷却技术，有效的减少了碳当量，使得焊接过程优化韧性具备了有利的条件，在将碳当量严格控制在最低值的情况下，提升厚钢板的强度。

（3）对于钢中的硼、氮、氧、硫、钙等元素的含量实施严格的控制措施，再通过焊接冷却过程析出，硫元素夹杂物在焊接冷却时会诱导晶内铁素体形核，达到细化焊接热影响区组织的效果[1]。

1.2HTUFF工艺

Super High HAZ ToughnessTechnology with Fine Microstructure Impactedby Fine Particles简称为HTUFF，即是将晶粒细化后，获得微细的显微组织，及超高焊接热影响区韧性。其适用范围较为广阔，包括适用于压力在490～590MPa之间的建筑、造船行业、海洋结构、管线用厚板钢等方面的大线能量焊接。

该工艺的主要原理是由于钢材中存在着超过1400℃还能够保持稳定的夹杂物晶粒，包括镁元素、钙元素的氧化物或者或者硫化物，利用该类物质将微细夹杂物扩散至于钢材内部，对焊接热影响区的γ晶粒产生钉扎效果，防止晶粒长大。实践证明充分应用该技术，可以开发出大型的集装箱船板，其具有大线能量焊接性能良好、屈服强度达到380MPa的优势。厚度为65mm的钢板，一般选择震动气电结合焊接法进行焊接。在390kJ/cm的线能量的条件下，其-20℃的夏比冲击能超过160J。利用该工艺制造的LPG船低温用钢板，将连铸在线控制技术和HTUFF技术相结合处理后，去抢速度高于处理前抗拉强度为490MPa低温用钢板，也提高了母材及焊接热影响区的低温韧性。应用于建筑行业的钢板，许多厚度均在50～60mm之间，该类钢材宜采用线能量达到900kJ/cm左右的电渣焊接方法，0摄氏度的平均夏比冲击能大于70J[2]。

2氧化冶金技术的新发展

氧化冶金技术不断发展，可以应用于生产机械结构中使用的高韧性热锻造非调质钢。一般情况下，汽车行业和产业机械行业中使用的零件均采用热锻造钢。钢材在经过锻造后，再进行淬火、回火等工艺提高其韧性，但这种钢添加钒元素、硫元素、氮元素以后，会出现以硫化锰为核心的细小晶内铁素体，即可获得韧性良好的非调质钢。如果在钒元素含量为0.13%、氮元素含量为0.021%的钢材中不加入钒元素，其中存在的原奥氏体晶粒产生的粗大铁素体组织及其包围的珠光体组织会产生大量的细小晶内铁素体[3]。

3工艺的发展趋势

氧化物冶金工艺的出现，使得人们开始注意到氧化物和硫化物的利用，也促进了钢中各种相变的深入研究，人们对夹杂物在各种相变过程中的性质及作用有了较为全面的认识，今后氧化物冶金不然会被归类为夹杂物冶金技术。而近年来氧化物冶金技术的发展趋势可以分为形核作用、钉扎作用、形核与钉扎结合、与热机械控制工艺互补等，各个发展的特点有所不同。形核作用的用途是探索新的夹杂物，明确决定夹杂物形核的条件等。钉扎作用是不断的探索各类夹杂物，并充分利用其性质，能够获得微细颗粒，其在高温也具有良好的钉扎作用。形核和钉扎相结合是指在同一个冶金工艺中，充分利用各种类型的微细颗粒，而实现高温下钉扎，冷却时形核目标。与热机械控制工艺互补是指在在同一工艺中过程，将氧化物冶金技术与热机械控制工艺综合利用，达到细化钢组织的目标。

4总结

氧化冶金工艺是一项新型的技术工艺，其充分的利用钢铁中非金属杂物，对其进行有效的处理，使之能够作为钢材中极为重要的构成部分，提高钢材的性能及强度，改变了传统对于非金属杂物的观念。该技术也能够在一定程度上改变现代钢材的利用方式，具有加大的发展潜质。本文仅简单的介绍了几项新工艺，在实践活动中还需要技术人员积极学习先进的技术，优化工艺，使之能够更好的利用各种材料进行冶炼，提高钢材的性能及使用价值。

参考文献

[1]赵素华，潘秀兰，王艳红，梁慧智.氧化物冶金工艺的新进展及其发展趋势[J].炼钢.2009（02）：66-69.

[2]史美伦，段贵生.氧化物冶金技术应用及进展[J].河南冶金.2010（05）：1-4.

[3]王超，朱立光.氧化物冶金技术及应用[J].河北理工大学学报（自然科学版）.2011（02）：18-23.