《高品質特殊鋼加壓下熔煉和凝固的基礎研究》是依託東北大學，由姜周華擔任項目負責人的重點項目。
基本介紹
- 中文名：高品質特殊鋼加壓下熔煉和凝固的基礎研究
- 項目類別：重點項目
- 項目負責人：姜周華
- 依託單位：東北大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
本項目通過加壓冶金手段研究氣體（氮）和易揮發元素（鈣、鎂）在特殊鋼鋼液中的溶解行為，建立氮、鈣、鎂在鋼液中的溶解度模型，闡明加壓條件下鈣、鎂淨化鋼液和夾雜物變性機理，掌握加壓冶金過程中鈣、鎂處理使鋼液中非金屬夾雜物無害化的有效方法。同時掌握加壓冶金過程中有害氣體（H、O）和蒸汽壓較高元素（Sn等）控制技術。探究加壓製備的特殊鋼材料中鎂的賦存狀態，及其對晶界易偏聚元素、特殊鋼組織和性能的影響規律，闡明鎂元素晶界淨化和強化機理。研究壓力對特殊鋼熔體凝固相變、錠與模間氣隙形成、冷卻速度、局部凝固時間、二次枝晶間距、縮孔和疏鬆的影響規律，揭示加壓凝固組織演變規律，掌握典型特殊鋼品種細化晶粒、減少偏析和消除縮孔和疏鬆的加壓凝固技術。通過對加壓電渣重熔的微弧滲氮及其機理研究，探索出一種低成本、氮精確可控的氮合金化方法。系統研究加壓製備典型特殊鋼的組織和性能，揭示氮和易揮發元素在特殊鋼中作用機制。通過上述研究，發展特殊鋼加壓冶金理論，促進加壓冶金在高品質特殊鋼製備中的套用。
結題摘要
本項目探究了加壓下易揮發元素鈣、鎂在工業純鐵中的溶解熱力學和動力學行為，建立了加壓下鈣、鎂元素的溶解度模型；研究了鎂對夾雜物的變性機理，開展了加壓下鎂冶金作用研究，探討了鎂元素對晶粒組織、夾雜物形態及數量、碳化物的影響規律。探討了壓力對相轉變、固液相線等凝固參數的影響；揭示了壓力強化冷卻機制，通過完善不同壓力下鑄錠枝晶間距及晶粒度的統計以及疏鬆、縮孔等巨觀組織檢測，明確了加壓促進凝固組織細化的作用機理。建立了加壓電渣重熔動態“電-磁-流-熱-溶質”耦合數學模型，研究了重熔過程溫度場和濃度場的變化規律；揭示電流路徑對渣殼形成的影響；建立加壓電渣重熔渣皮凝固的數學模型，利用建立的模型研究了電流路徑對渣殼厚度的影響，並分析了考慮渣殼形成時的加壓電渣重熔過程的熱流分配現象，有利於進一步深刻理解加壓電渣重熔過程的熱量傳輸現象。開展了加壓電渣重熔實驗，研究了壓力對鑄錠凝固和氮的傳輸過程的影響。分析了電渣重熔氣相滲氮、微弧增氮機理，並進行實驗研究，掌握了PESR增氮的工藝。研究了加壓感應熔煉高氮不鏽鋼過程中氮含量的精確控制及脫氧脫硫工藝，掌握了加壓感應熔煉、加壓感應熔煉與加壓/保護氣氛電渣重熔雙聯工藝製備高品質高氮不鏽鋼的關鍵技術，並成功研發出組織緻密、純淨度高、性能優異的系列高氮奧氏體不鏽鋼和高氮馬氏體不鏽鋼，填補了國內空白；獲得了航空馬氏體不鏽鋼30Cr15Mo1N、高端耐蝕塑膠模具鋼55Cr18Mo1VN、新型高氮熱作模具鋼ZX007、高氮中熵合金CrCoNiN原型材料；揭示了熱處理和合金元素對高氮馬氏體不鏽鋼組織和性能的作用機制，掌握了最佳熱處理工藝。探索獲得性能優異的超級高氮不鏽鋼和高氮馬氏體不鏽鋼焊件的攪拌摩擦焊接方法，突破了其難以焊接的難題，為其焊接提供一條新思路和新方法。本項目的開展，建立和發展了特殊鋼加壓冶金理論，為開發超高強度、超純淨化、高韌性的高品質特殊鋼奠定堅實的理論基礎，促進加壓冶金技術在高品質特殊鋼製備中的套用。
