U71Mn钢高温氧化动力学实验研究

论文摘要

关于钢铁在热加工工艺中表面缺陷的研究,在材料加工领域内一直是一个研究热点。而氧化铁皮又是钢表面质量的主要缺陷之一,是导致其质量损失的主要原因之一,直接影响了钢铁生产中金属的成材率。本文结合包头钢铁集团轨梁厂重轨钢的实际加工工艺,以U71Mn钢为主要研究对象,针对该钢种在通过热轧加热过程时表面产生的氧化烧损较为严重的情况,深入研究了加热温度、加热时间以及氧化气氛对重轨钢坯表面氧化的影响。目的是为了弄清重轨钢的氧化动力学规律,提高产品的成材率。研究工作以实验为主,采用增重法对试样进行连续称重,根据实验记录计算出试样单位面积的增重量,绘制增重曲线,得出钢坯表面氧化与加热时间、加热温度之间的动力学规律,并结合不同气氛下的结果分析氧化性气氛含量对氧化烧损的影响。快速升温、典型升温和慢速升温三种加热制度实验中,在空气气氛下,经过260min加热后,钢坯在三种加热制度下氧化烧损率分别为4.6%、3.4%和1.3%。在模拟炉膛气氛下,钢坯的氧化烧损率分别为3.1%、1.7%和0.6%。氧化气氛对氧化烧损量有明显影响。900~1300℃的恒温保温试验中,在空气气氛下,试样平均氧化速率从0.04提高到0.96 mg/cm2·min,1100℃以前的氧化速率较慢,之后明显变快,1100℃是速率变化的拐点;在模拟炉膛气氛下,平均氧化速率从0.01提高到0.81mg/cm2·min,速率变化的拐点在1150℃。氧化气氛对各温度下的氧化速率有明显影响。模拟炉膛气氛下,1200℃和1300℃保温试验的增重曲线各有一个拐点,拐点之前增重曲线较陡,之后致密的氧化层抑制了氧的渗透,氧化速率随之减慢,增重曲线变缓。研究结果为钢坯高温加热过程中氧化动力学规律的探索提供了数据支持,为实际生产中控制钢的高温氧化,改进加热工艺提供可靠的理论依据,对钢铁企业节能减排有重要的实践意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 引言
• 1.1 课题来源
• 1.2 课题研究的意义
• 1.3 课题研究内容
• 2 文献综述
• 2.1 氧化铁皮的组成及生成机制
• 2.1.1 氧化铁皮的组成
• 2.1.2 氧化铁皮的生成机制
• 2.2 金属高温氧化动力学
• 2.2.1 金属氧化膜的稳定性
• 2.2.2 金属氧化膜的生长速度
• 2.2.3 钢在加热炉中的氧化过程及动力学特性
• 2.3 影响氧化的因素
• 2.3.1 加热温度
• 2.3.2 加热时间
• 2.3.3 炉内气氛
• 2.3.4 钢的表面特征以及钢的品种与成分
• 2.4 减少氧化的措施
• 2.4.1 减少氧化措施概述
• 2.4.2 国内外钢坯防氧化的研究现状
• 2.5 钢高温氧化动力学实验研究现状
• 3 研究方案及实验组织
• 3.1 实验设备
• 3.2 实验方案
• 3.3 实验的组织实施
• 4 实验过程及结果分析
• 4.1 试样的制备
• 4.2 空气环境下的实验
• 4.2.1 不同加热制度试验
• 4.2.2 保温试验
• 4.3 模拟炉膛气氛下的实验
• 4.3.1 各组分气体含量及流量的确定
• 4.3.2 不同加热制度试验
• 4.3.3 保温试验
• 4.4 不同气氛下实验结果对比
• 4.5 氧化铁皮XRD 分析
• 4.6 小结
• 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢