汽车用高强钢还原退火工艺研究

作     者：唐东山 

作者单位：沈阳大学 

学位级别：硕士

导师姓名：孙彬

授予年度：2024年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 082304[工学-载运工具运用工程] 08[工学] 080204[工学-车辆工程] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：氧化铁皮 内氧化 还原产物 还原动力学 水蒸气 合金元素 

摘      要：本文以AHSS高强钢为实验材料,以热重分析仪为实验设备,对氧化铁皮在30%H-70%N,以及在30%H-70%N还原性气体中添加4.5%水蒸气的两种气氛中的还原行为和还原动力学分别进行研究,采用金相显微镜、SEM等设备,对还原前后样品的表面和断面形貌进行观察,探讨还原反应的机制,结论如下: 还原反应动力学研究发现,在400-1100℃,在30%H-70%N气氛中,铁氧化物在反应过程中经历了诱导期、加速期、减速期和结束期四个阶段,且随还原温度的增加,诱导期缩短。在低温段（400-700℃）,原子成核与生长、相界面反应及扩散是决定还原反应的关键因素,而在800℃以后,反应则以相界面反应和扩散为主。 还原模拟试验发现,在30%H-70%N气氛中,铁氧化物在400-600℃下被还原形成多孔铁,700℃下还原后形成多孔铁与致密铁并存,800～1100℃下,还原产物为致密铁。3种类型的还原反应机理各不相同,当其为多孔铁时,其还原机理为氢气从氧化铁皮的外层向内部的扩散,当还原产物以多孔铁为主时,氢气从氧化铁皮外部向内扩散,在途径的区域发生还原反应,表现为氧化铁皮从外向内被还原。当还原产物以致密铁为主时,氢气达到氧化铁皮表面并与之反应生成致密铁,由于致密铁的密度过高,在氧化铁皮中游离的Fe离子无法向外扩散,只能向氧化铁皮/基体处扩散,并在此处形核生长,表现为氧化铁皮从内向外被还原。 AHSS高强钢中的合金元素Mn元素和Si元素,随着温度升高合金元素逐渐向氧化铁皮/基体界面处和内氧化区域富集。当温度升至800℃时出现内氧化现象,且内氧化的深度和内氧化物的尺寸随着还原温度的升高在逐渐增加。与此同时由于合金元素以内氧化物的形式存在,导致外氧化物减少以至于消失。 AHSS高强钢氧化铁皮在30%H-70%N还原性气体以及4.5%水蒸气的混合气体中还原后,其还原动力学同样经历了诱导期、加速期、减速期和结束期四个阶段。但由于还原反应产生的水蒸气和通入的水蒸气共同将反应炉内的还原性气氛转变为氧化性气氛,因此出现了先还原后氧化的现象。还原反应的控制性步骤与不通入水蒸气的还原反应类似。随着还原温度升高合金元素逐渐向氧化铁皮/基体界面处和内氧化区域富集。生成的内氧化物无论是深度还是氧化物尺寸均比不通入水蒸气要大。但是由于在反应中后期由还原反应转变为氧化反应,在还原铁的最外层会形成一层新的氧化铁皮。