氧化物冶金技术及其应用

氧化物冶金技术及其应用
摘要：科学技术的发展与进步使得我国工业领域的发展得到了前所未有的发展
机遇。

氧化物冶金技术作为工业领域发展的一个重要组成部分，其技术的更新与
应用始终关系着我国经济的发展与进步。

本文主要阐述了氧化物冶金的基本思路，分析了氧化物冶金型钢的显微组织特征、氧化物冶金型钢中非金属夹杂物的作用
与性质，并对氧化冶金技术的新发展进行了一定的研究，旨在为进一步提高我国
氧化冶金技术的发展与应用而提出一些有价值的参考意见。

关键词：氧化物；冶金；非金属；夹杂物；晶内铁素体
引言
氧化物冶金技术作为工业领域发展的一个重要组成部分，无论是其技术的深
入研究，还是对于我国社会经济的总体发展而言都有着十分重要的意义。

我国工
业领域虽然已经在氧化物冶金技术方面进行了深入的研究，其研究应用在实际的
工业生产中也取得了十分显著的成就，但是相比于工业发达国家而言我国的氧化
物冶金技术还处于比较初级的阶段，因此，对于氧化物冶金技术的进一步研究还
需要我国该领域相关人士的进一步研究和分析，继而在更大程度上促进我国工业
领域的发展和进步。

一、氧化物冶金的基本思路
人们研究焊缝金属的显微组织与强度、韧性之间的关系时，发现当焊缝金属
奥氏体晶内的非金属夹杂物周围有似针状的铁素体显微组织时，焊缝金属不仅具
有高的强度，而且具有良好的低温冲击韧性。

这些似针状的铁素体显微组织被称
为针状铁素体（AcicularFerrite，简称AF）。

针状铁素体是在奥氏体晶内形成的，
又称为晶内铁素体（IntragranularFerrite，简称IGF）。

简称IGF）。

晶内铁素体总
是在非金属夹杂物上形核，而这些非金属夹杂物主要为Ti、AI的氧化物与Mn的
硫化物形成的氧、硫复合物仁5一1。

根据非金属夹杂物诱导内铁素体形核，细
化晶粒，提高强度和韧性的客观事实。

日本新日铁公司的高村等：提出了控制钢
中氧化物的组成，使之细小、弥散化，诱导晶内铁素体形核，提高钢的强度与韧性，并将这一新技术称为氧化物冶金（OxidesMetallurgy）。

基本思路可概括为：（1）若能在原奥氏体晶内形核，产生大量的晶内铁素体，即使奥氏体晶粒粗大，也可获得晶粒细小的显微组织。

晶内铁素体具有自身细化的能力，能抑制焊接热
影响区的晶粒粗化。

（2）无论多洁净的钢，其均有许多非金属夹杂物。

在适当
的条件下，一些非金属夹杂物可诱导晶内铁素体形核，细化钢的晶粒。

二、氧化物冶金型钢的显微组织特征
氧化物冶金型钢的显微组织主要由非金属夹杂物与晶内铁素体组成，这时的
非金属夹杂物为有益非金属夹杂物，是钢中相的重要组成部分。

它们共同起到细
化晶粒提高钢强度与韧性的作用。

晶内铁素体的相转变温度为680～480℃，属于中温转变。

晶内铁素体均在奥
氏体晶内的非金属夹杂物上形核、长大，每个非金属夹杂物上往往有多个晶内铁
素体板条，呈放射性状。

国家自然科学基金（50334050）和上海宝山集团公司联
合资助重点项目氧化物冶金技术及其应用晶内铁素体板条的平均尺寸为0.1μm～3.0μm。

碳化物板条之间相互连锁，分布在原奥氏体晶内。

一方面晶内铁素体能
使钢的晶粒细小化，另一方面晶内铁素体板条之间为大角度晶界，板条内的微裂
纹解理跨越晶内铁素体时要发生偏转，扩展需消耗很高的能量。

因此，氧化物冶
金型钢表现出高的强度和韧性。

晶内铁素体能自身细化。

一定条件下，由非金属
夹杂物诱导生成的晶内铁素体晶界上可以生长出新的晶内铁素体，这使得钢的晶
粒更加细化，有很强的自身细化晶粒的能力。

由非金属夹杂物诱导形核形成的晶
内铁素体称为一次晶内铁素体，在一次晶内铁素体晶界上形成的晶内铁素体称为
二次晶内铁素体。

二次晶内铁素体的形核称为感生形核，由此形成的晶内铁素体
又称为感生晶内铁素体。

利用晶内铁素体感生形核具有自身细化晶粒的特点，可
有效地解决焊接热影响区韧性下降的问题。

三、氧化物冶金型钢中非金属夹杂物的作用与性质
非金属夹杂物是氧化物冶金型钢显微组织的重要组成部分，这时的非金属夹
杂物是有益相，它们有以下几方面的作用。

在钢液中作为非自发形核核心，细化
奥氏体晶粒，沉淀于奥氏体晶界，阻止奥氏体晶粒的长大；固溶于奥氏体晶内，
影响奥氏体向铁素体的固相转变，诱导晶内铁素体形核、长大；在焊接过程中，
促进焊接热影响区粗晶区的晶内铁素体形核与感生形核。

现对于诱导晶内铁素体
形核非金属夹杂物的性质进行了许多研究。

研究了焊缝金属中诱导晶内铁素体形
核非金属夹杂物的性质。

电子探针分析的结果表明，诱导晶内铁素体形核的非金
属夹杂物为Al、Ti、Mn的氧、硫复合物，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。

四、氧化冶金技术的新发展
未来的社会发展是科学技术比拼的社会发展，是社会经济建设高速运转比批
的发展，而对于我国工业领域而言，其技术的发展直接关系到我国社会经济的发展。

因此，对于氧化冶金技术的研究必然会应用的更加广泛。

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。

五、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。

事实上，对于氧化物冶金技术应用的研究还有很多，而以上仅仅只是笔者对
于氧化物冶金技术的几个主要方面的研究，而这些研究对于促进工业领域的大幅
度发展而言还有一定的距离。

因此，对于氧化物冶金技术的研究还需要该领域专
业人士的进一步研究。

结语
综上所述，对于氧化物冶金技术的应用研究无论不仅有利于促进我国氧化物冶金技术自身的发展而言，还是对于促进我国社会经济的发展而言都有着十分重要的意义。

因此，在今后的工业领域的发展中，我们要不断的加研究力度来促进氧化物冶金技术的进一步发展，其实际工业的生产以及经济的发展完全取决于技术的研究，因此，对于技术的研究我们要放在首位同时要下大力气。

此外，我们还要不断的吸取国外先进国家的技术方法和理念，进而在更大程度上促进我国氧化物冶金技术的发展和进步。

参考文献
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