张俊;李延竹;宋坤
【摘 要】概要介绍Cu在取向硅钢、超低碳钢连续冷却过程中和在夹杂物上的析出研究.也介绍了Cu元素在不锈钢和表面自纳米化304L不锈钢/T2铜中的扩散研究.添加S、Mn元素可以给Cu的析出提供形核核心;Cu在取向硅钢中分别以Cu2S和ε-Cu的形式析出;连续冷却对Cu含量低于1％时,析出现象并不明显.铜在不锈钢中的扩散深度随着停留时间和加热温度的增加而增加;表面自纳米化处理将铜元素在304L不锈钢中的扩散系数提高5倍. 【期刊名称】《广州化工》
【年(卷),期】2015(043)003
自然哲学的数学原理【总页数】3页(P27-29)
【关键词】取向硅钢;连续冷却;扩散;304L不锈钢
【作 者】张俊;李延竹;宋坤
【作者单位】贵州大学材料与冶金学院,贵州 贵阳550025;贵州大学材料与冶金学院,贵州 贵阳550025;贵州大学材料与冶金学院,贵州 贵阳550025
【正文语种】中 文
【中图分类】TN104.1
目前我国正在逐渐向短流程炼钢发展，以解决生产实践中大量产生的废钢问题。而在短流程炼钢过程中所加入的废钢里面含有一些氧化势低于铁的残留元素，如Cu、As、Sn、Sb 等。在炼钢过程中氧化反应将不涉及到这些元素，因此这些残余元素将全部积存在最终的钢铁产品中。国外对铜元素在钢中的有害方面研究报道较少，其中主要是以日本的文献研究报告为最多，据相关研究结果展示，铜在钢中最大的危害在于因铜而引起的铜元素晶界偏析和钢材热加工过程中的热脆性问题［1－7］。但也有相关文献讲述了Cu 在钢中的有利作用，如球状ξ－Cu颗粒沉淀产生沉淀硬化作用，可以提高钢的强度、耐腐蚀性、抗疲劳性、改善材料的焊接性能、成型性能与机加工性能等［8－9］。怎样才能使Cu 元素在钢中的有害作用变成有利作用，这就需要去研究Cu 元素在钢中扩散机理，从而解决Cu 元素所带来的热脆现象，这对短流程炼钢过程具有实际的指导意义。
1 钢中Cu 元素的析出研究
1.1 Cu 在夹杂物上的析出研究
李岩等［10－11］利用含Cu 0.3%左右的45 钢和中碳钢为研究对象，向其加入一定的S、Mn 含量，以研究S、Mn 含量对Cu在钢中的析出影响。利用扫描电镜及能谱仪统计了45 钢中夹杂物的种类，以及硫化物的尺寸分布和锰含量从0.008%提高到0.094%时铜沿原奥氏体晶界的析出的程度，结果表明:铜可在硫化锰夹杂、氧化硅复合夹杂物上析出形核，析出比例占硫化物总数80%左右，但不能在单一的氧化物夹杂上析出，锰含量从0.008%提高到0.094%时可以减轻铜沿原奥氏体晶界的析出程度。通过对比几组实验得到0.44%的Mn 含量和0.041%的S 含量最适合生成作为铜形核核心的硫化锰夹杂。
1.2 铜在取向硅钢中的析出行为研究
朱业超等［12］以含0.24%和0.49%铜的取向硅钢热轧板为研究对象，通过热轧加热制成A、B 两种式样。两种试样分别进行常化处理，分别在不同的温度和时间下进行热处理。然后再将两种式样在箱式电阻炉中进行脱碳退火。最后通过JEOL JEM2100F 型场发射透
巴布尔射电子显微镜(TEM)并附带OXFORD INCA 能谱仪对试样的热轧板、常化板和脱碳退火板分别观察析出相。其结果表明:0.24%Cu 和0.49%Cu 取向硅钢中Cu分别以Cu2S 和ε－Cu 的形式析出。常化可以使0.24%Cu 取向硅钢中Cu 的析出更为细小弥散，而对0.49%Cu 取向硅钢中Cu 的析出没有明显变化。脱碳退火后0.24%Cu 取向硅钢中析出的Cu2S 的数量略有减少，而0.49%Cu 取向硅钢中没有发现Cu 的析出物。
1.3 连续冷却过程中含Cu 相在钢中析出行为的研究
王建华等［14］研究了两种铜含量超低碳钢的连续冷却过程中铜的析出规律。试验在Gleeble 1500 热模拟机上进行。通过对试样进行硬度测试及组织观察，总结分析了不同冷却速度对试样的硬度、金相组织及析出物的影响。结果表明:含铜2.04%(质量分数)的超低碳钢以1 ℃/s 冷速冷却时，硬度出现最大值，呈现很强的沉淀强化效果;含铜1.04%的钢在以不同的连续冷却速度过程中，硬度值变化不明显。
李闯等［13］选用5 种含Cu 量(质量分数)在2.46% ～0.79%范围内的实验钢，利用热模拟技术研究了5 种含Cu 钢在不同冷速下的硬度变化。借助金相和高分辨透射电镜研究了连续冷却过程中的含Cu 相析出行为及其对硬度的影响。结果表明:在连续冷却过程中Fe－Cu 合
金中会有第二相析出发生，从而造成硬化。第二相析出作为富Cu 过渡相，以相间沉淀方式析出，析出行为与冷速度和Cu 含量多少有关，当冷却速率为0.1 ～1 ℃/s 时，随着冷却速率的不断增加，第二相析出物变得更加细小且密度更大，当冷却速率为1 ℃/s 时析出物密度最大。当冷却速率超过1 ℃/s 后，随着冷却速率的增加会使析出物逐渐减少。当样品以10 ℃/s 冷速冷却时，几乎没有析出物产生。富Cu 相析出情况对合金起明显的强化作用。当Cu 含量低于1%时，析出现象并不明显。ept
2 钢中Cu 元素的扩散研究
2.1 不锈钢中Cu 的扩散研究
陈艳等［15］利用SUS316 不锈钢为研究对象，在VPS－5G 真空炉中99.98%N2(200 Pa)保护气氛下，通过辐射加热对不锈钢衬筒内表面涂覆铜层。首先对不锈钢试样待涂铜表面进行机械加工，采用车刀高速切削镗孔，Ra－3.2 μm。在衬筒顶端和中间部分各放置一片铜环。先在950 ℃保温90 min，然后在1125，1150，1175，1200 ℃分别保温15，30，60，120 min，并对最高温度为1200 ℃规范分别加热一次和两次。试样形状见图1 所示。
图1 不锈钢式样示意Fig.1 Schematic diagram of stainless steel socket
试验方法是利用J0175 电火花线切割机将不锈钢试样纵向切开，用LEICA GZ6 显微镜观察其内表面铜的涂覆及扩散情况。根据宏观形貌用游标卡尺测出铜的最大扩散深度。结果表明:铜在不锈钢中的扩散深度随着停留时间和加热温度的增加而增加;随着加热次数的增加，铜扩散深度进一步增加，如图2 ～图4 所示。
图2 停留时间对铜扩散深度的影响Fig.2 Effects of holding time on copper diffusion depth
图3 加热温度对扩散深度的影响Fig.3 Effects of heating temperature on copper diffusion depth
图4 加热次数对扩散深度的影响Fig.4 Effects of heating times on copper diffusion depth
2.2 表面自纳米化304L 不锈钢/T2 铜扩散
图5 式样装配和脉冲加压扩散焊接工艺参数Fig.5 Assembly of samples and technique parameters for pulsating impact diffusion bonding
罗军等［16］利用304L 不锈钢和T2 铜棒为研究材料，通过采用高能喷丸(HESP)对304L
不锈钢棒端面进行表面自纳米化(SSNC)处理，在850 ℃下将不锈钢与铜棒进行600 s 脉冲加压扩散连接(PPDB)。其扩散式样如图5 所示。
利用SEM 和EDS 对断口和接头剖面进行分析，利用半无限大物体中的扩散模型可以计算Cu 原子在不锈钢中的扩散系数。其半无限大物体中的扩散模型求解的公式为:
新乐府运动结果表明:在连接时间t=600 s，连接温度为850 ℃的条件下，表面自纳米化处理将Cu 元素在304L 不锈钢中的扩散系数提高5 倍。
而只研究Cu 的析出行为是不能更好地解决Cu 元素在钢中产生的热脆现象。我们可以通过建立扩散偶的方法去研究Cu元素在钢中的扩散系数和浓度分度随时间和温度关系，从而确定一个更好的温度和时间去抑制Cu 元素扩散至晶界，这样就可以更好的消除Cu 元素所带来的危害，其增加钢的性能。还可以使Cu 元素在一定温度和时间下能够更好的扩散至晶界，再通过加入其他元素的方法让其在晶界和Cu 元素形成一种新的合金相，使其熔点温度升高也可以消除其Cu 元素所带来的热脆现象。
3 结 论
本论文主要论述了各种钢中Cu 的析出研究和扩散研究。从以上可以看出，大多数的论文都主要研究了Cu 在钢中的析出，而在Cu 元素的扩散方面研究比较少。只有 罗军，盛光敏，陈艳，吴鲁海等人分别利用304L 不锈钢和T2 铜棒和SUS316不锈钢为研究材料，研究了表面自纳米化处理将Cu 原子在304L 不锈钢中的扩散系数和根据宏观形貌用游标卡尺测出铜的最大扩散深度。
结果表明:添加S、Mn 元素可以给Cu 的析出提供形核核心;Cu 在取向硅钢中分别以Cu2S 和ε－Cu 的形式析出;连续冷却对低于1%时，析出现象并不明显。铜在不锈钢中的扩散深度随着停留时间和加热温度的增加而增加;表面自纳米化处理将Cu 原子在304L 不锈钢中的扩散系数提高5 倍。
通过确定Cu 元素在钢中扩散系数和浓度分度与温度和时间的关系是能更好的解决Cu 在钢中的危害。
参考文献
［1］ Kawasaki K，Akisue O.Effect of copper content on mechanical Properties of contin
布丁扭扭舞
uously annealed extra－low－carbon titanium added steel sheets［J］.Tetsu－to－Hangane，1990，76:759－765.
［2］ Seah M P，Hordros E D.Grain Boundary Segregation［M］.proc.Roysoc.1973，A335:191－212.
借壳上市案例
［3］ Habraken Lecomte－Beekers J.Hot Shortness and Sealing of Coppercontaining steels［A］.Lemay I，Schetky L M，eds.Conference:Copper in Iron and steel［C］.NewYork:JohnWiley，1982:45－81.
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议