通过热力学计算,分析了X80管线钢钙处理后在生成液态钙铝酸盐夹杂物区间内,钢中钙活度和铝含量的关系,确定了生成液态钙铝酸盐夹杂物钙活度的控制范围;计算了钢液铝硫的关系,以及温度对铝硫关系的影响.实验结果表明钢中硫质量分数为20×10-6时,液态夹杂物中的硫化钙溶解度可以达到0.18%

对1873K下钢液中Ti-Al-O系复合夹杂物的形成进行了理论和实验研究.理论计算和实验结果表明,钢液中Ti-Al-O系的Al-O基本趋于平衡,钢液中自由氧由Al含量控制.Ti-Al-O系复合夹杂物的形成主要由aTi/aAl值确定.根据热力学数据计算得出了Ti-Al-O系复合夹杂物(Al2O3-Ti3O5-Ti2O3)的稳定区域;随着aTi/aAl的增加,夹杂物逐步由Al2O3转变为Ti3O5夹杂物.当钢液中自由氧含量较高时容易生成Ti3O5夹杂物.计算结果和观察到的实验结果一致

(一)热力学研究的主要内容: 1、能量的转换和守恒 2、过程的方向和限度

基于热力学计算结果,通过配碳还原-熔分工艺,从不锈钢粉尘中选择性分步提取了Cr、Ni和Zn重金属元素.配碳还原实验结果表明,不锈钢粉尘的最佳配碳量为20%,粉尘中Fe、Ni和Zn的最低还原温度为1050℃,Cr的最低还原温度是1 400℃,与热力学计算结果一致,通过控制温度实现了对粉尘中金属的选择性分步还原.直接还原熔分实验说明,Fe-Cr合金最佳熔分温度为1550℃,粉尘中金属以Fe-Ni-Cr合金形式被提取出来,渣金分离状况良好,反应时间5min时金属提取率已达到75%左右,15 min时Fe和Cr收得率达到85%以上,Ni超过90%.通过控制配碳量、还原时间与反应温度,在不改变现有工艺的条件下,不锈钢粉尘直接返回炼钢主流程回收其重金属完全可行

采用光学金相、电子显微术和化学相分析的方法并结合热力学计算,分析了紧凑式带钢生产(CSP)的Ti微合金化高强钢中的析出物及其析出规律.研究发现:高强钢中存在微米尺寸的立方TiN析出和大量纳米尺寸的析出物粒子;钢中MX相(M=Ti,Mo,Cr;X=C,N)的质量分数为0.0927%,其中10 nm以下的析出物占26.9%;均热之前和均热过程TiN已基本全部析出,连轧前TiC不具备析出的热力学条件;降低钢中N和S含量、严格控制卷取温度可增加TiC的体积分数,降低γ→α相变温度可以阻止细小碳化物长大.结果表明,析出物总的沉淀强化效果约为156 MPa,并能通过化学成分和工艺的控制进一步增强

根据炉渣结构的共存理论,推导了CaO-B2O3渣系热力学计算模型,并且理论计算的CaO,B2O3的作用浓度与实测的活度值非常一致。由此说明了该模型的合理性。在此基础上,找出了炉渣结构与渣中氮含量的关系,并分析了其有关的物理意义。研究结果认为:渣中氮含量与炉渣结构密切相关

研究了Ti-C-Ni系添加剂对(TiO2-Al-C)-(Ti-C-Ni)复合体系化学反应热力学特性的影响。结果表明,单位质量热效应△H0与Ti-C-Ni系在复合体系中所占质量比k之间存在着严格的线性关系,其斜率仅由Ni在Ti-C-Ni系中所占质量比γ决定,而截距为一常数,等于TiO2-Al-C单位质量热效应。当γ<γ0=45.79%时,Ti-C-Ni可提高其绝热燃烧温度。当γ=0.1时,复合体系绝热燃烧温度基本上随添加量k增加而呈线性增加

氧化物与非氧化物的烧结,合适气氛的选择特别重要.CaZrO3与ZrB2是化学性质截然不同的2种化合物,经过热力学分析,在所考虑的各种气氛中,这2种化合物高温时只有在Ar气保护的中性气氛中才能稳定存在.实验也证实了热力学分析的可靠性

通过对高速车轮钢中TiN夹杂物析出进行热力学分析,得到了车轮钢的液相线和固相线温度及1873K时Ti、N的活度.对TiN生成反应和钢中Ti、N溶度积进行了计算.结果表明:TiN只能在固相中生成,但在本车轮钢Ti、N含量下,固相中也没有TiN生成的条件,只有在钢液凝固前沿,由于Ti、N在两相区的富集,TiN夹杂物的生成反应得以进行.因此,在生产中,适当提高连铸二冷的冷却速率,使钢液快速凝固,减少凝固前沿Ti、N的富集时间,可减少纯TiN的析出.对本实验车轮钢中TiN夹杂的检测结果进行计算分析可知,在正常生产时铸坯冷却速率条件下,将钢中Ti的质量分数控制在3.5×10-5以下、N的质量分数控制在3.1×10-5以下,理论上可以消除TiN夹杂物的析出,改善车轮钢的疲劳性能,提高车轮的使用寿命

利用热力学计算软件Thermo-Calc对Waspaloy合金中可能析出的平衡相以及元素含量变化对其影响进行了计算分析.结果表明:碳含量的增加可以明显地提高碳化物的析出量,但对碳化物的析出温度的影响较小;γ'的析出量和析出温度均随Al、Ti含量的增加而增加,Al的影响尤为明显;Ti是MC的主要形成元素,Ti含量的增加可以提高MC的析出量,但对其析出温度无太大影响;M23C6的析出量不受Cr含量的影响,而析出温度却随着Cr含量的增加而提高