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差示扫描量热法在钢铁及合金研究中的应用

钢铁 2025年

作者：庄昌凌向江华贵州大学材料与冶金学院

差示扫描量热法（differential scanning calorimetry， DSC）是1种能够定量捕获材料在热变化过程中的热物性变化和热转变信息的精密技术，兼具精度高、测试速度快且所需样品少等优点。DSC技术的发展极大地扩宽了钢铁及合金领域材料性... 详细信息

差示扫描量热法（differential scanning calorimetry， DSC）是1种能够定量捕获材料在热变化过程中的热物性变化和热转变信息的精密技术，兼具精度高、测试速度快且所需样品少等优点。DSC技术的发展极大地扩宽了钢铁及合金领域材料性质的测试范围，推动了对材料热转变过程中热力学和动力学的深入研究。以DSC的基础理论为出发点，概述了DSC的分类和信号构成，全面回顾了DSC在钢铁及合金领域的应用现状，并阐述了DSC在这些应用中的优势和局限性，包括在钢铁及合金材料的比热容、相变、第二相析出与分解以及非晶合金的玻璃化转变等研究中的应用。同时，探讨了DSC与其他技术的联合应用现状。此外，还总结了利用DSC获取的热分析信息进行动力学研究的现状，包括在合金相变动力学参数中活化能及转变机理的研究，以及合金转变动力学曲线的建立。利用DSC综合分析钢铁和合金的热物性参数，深入理解合金相转变的热力学和动力学，有望为合金材料的开发、生产和应用提供强有力的理论支持。

关键词：差示扫描量热法钢铁合金热物性热力学动力学相变析出

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锂离子电池正极材料用CA6匣钵的改性研究

耐火材料 2025年

作者：姚丽君王官煜尹致远王志鹏温天朋东北大学冶金学院

锂离子电池正极材料用匣钵材料易被含锂正极材料腐蚀，进而导致匣钵材料损毁，降低其使用寿命。为改善锂电池正极材料用匣钵材料的服役性能，提出以La2O3掺杂改性后的CA6为锂离子电池正极材料烧成用匣钵材料，研究La2O3掺杂对CA6材料体... 详细信息

锂离子电池正极材料用匣钵材料易被含锂正极材料腐蚀，进而导致匣钵材料损毁，降低其使用寿命。为改善锂电池正极材料用匣钵材料的服役性能，提出以La2O3掺杂改性后的CA6为锂离子电池正极材料烧成用匣钵材料，研究La2O3掺杂对CA6材料体积密度、显气孔率等性能以及物相组成、微观结构演变特征，并考察LiMn2O4正极材料在CA6匣钵表面的侵蚀行为和机制。结果表明：La3+以间隙型缺陷的形式进入晶格，同时形成氧空位缺陷。La3+间隙缺陷和氧空位缺陷的引入使晶体结构由板条状向六方柱状等轴态发展，致密化程度和力学性能提高。当La2O3掺杂量为4.0 %（w）时，体积密度升高至3.14 g·cm-3，显气孔率降低至12.0%。由于La2O3改性后的CA6其致密度的提升，其作为匣钵材料时可减少Li离子向材料内部渗透，使材料具备良好的抗侵蚀性能。

关键词：匣钵材料 CA 掺杂改性锂电池正极材料抗侵蚀性

六流连铸中间包流动、传热及应力行为数值模拟

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连铸 2025年第01期 36-47页

作者：薛秉睿郑淑国朱苗勇东北大学冶金学院

结合国内某钢厂的30 t六流矩形坯连铸中间包建立全结构物理模型进行流-固-热耦合数值模拟，研究了中间包内流场、温度场及应力分布行为，基于考虑热效应的von Mises应力评估了耐火材料的破坏情况；建立抑湍器-多孔挡墙一体式控流元件破... 详细信息

结合国内某钢厂的30 t六流矩形坯连铸中间包建立全结构物理模型进行流-固-热耦合数值模拟，研究了中间包内流场、温度场及应力分布行为，基于考虑热效应的von Mises应力评估了耐火材料的破坏情况；建立抑湍器-多孔挡墙一体式控流元件破坏模型，并对比分析了该控流元件破坏前后中间包内的流动及传热行为。结果表明，该六流中间包内各流体域、固体域的体积平均温度差别较大，工作层与渣层、空气层接触的壁面最大温差分别可达312、578 K,壁面应力分别达到了40～52、52～73 MPa,高于与钢液接触壁面的应力(32～40 MPa)。一体式控流元件中，易破坏区域主要为3个部位：抑湍器、挡墙导流孔、多孔挡墙角部与侧壁及底部连接处，应力均达到了35～52 MPa。一体式控流元件破坏后，1、2号出口的响应时间分别降低了26、17 s,活塞区体积分数下降了25.5%,死区体积分数上升了9.4%,各流一致性明显变差，3号出口外侧角部钢液最低温度下降14 K。现场工业试验表明，本文数值模拟得到的一体式控流元件破坏形貌与实际破坏情况吻合性较好。

关键词：多流中间包全结构物理模型流固热耦合温度场热应力

MgO与MgO-MgAl2O4耐火材料同低碳铝脱氧钢的反应行为

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材料与冶金学报 2025年

作者：李天赐李阳孙萌马帅王禹程姜周华东北大学冶金学院

本文在实验室条件下，研究了MgO和MgO-MgAl2O4耐火材料在不同冶炼时间下同钢液的反应行为及其对镁铝尖晶石夹杂物的影响。研究发现：在相同的铝脱氧制度下，两种耐火材料的侵蚀行为以及相关联的镁铝尖晶石夹杂物的形成行为表现出一定的... 详细信息

本文在实验室条件下，研究了MgO和MgO-MgAl2O4耐火材料在不同冶炼时间下同钢液的反应行为及其对镁铝尖晶石夹杂物的影响。研究发现：在相同的铝脱氧制度下，两种耐火材料的侵蚀行为以及相关联的镁铝尖晶石夹杂物的形成行为表现出一定的差异，MgO-MgAl2O4坩埚在同钢液接触的边界处会存在镁铝尖晶石增多的现象，相比之下，MgO坩埚实验组中，Al持续向坩埚深处扩散，形成分散存在的镁铝尖晶石，其反应区域相比于MgO-MgAl2O4坩埚更加广泛。反应行为的差异进一步导致了钢中镁铝尖晶石夹杂物形成行为的不同，表现为MgO坩埚实验组中镁铝尖晶石夹杂物形成更快，夹杂物中氧化镁的活度更高，相同冶炼时间下，单位面积的镁铝尖晶石数量更多，夹杂物尺寸更大。

关键词：低碳铝脱氧钢镁铝尖晶石夹杂物耐火材料微观形貌耐侵蚀

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管式空气电阻炉换热性能的数值模拟

材料与冶金学报 2025年第1期24卷 7-14,47页

作者：陈浩凯秦勤孟云鹏于庆波东北大学冶金学院沈阳110819

为满足金属与合金热处理过程中对高温高压纯净空气的需求,设计了一款管式空气电阻炉,采用Fluent软件对管内空气的对流传热过程进行数值模拟,研究了空气入口总压、加热功率、空气入口温度和入口质量流量对电阻炉换热性能的影响.结果表明... 详细信息

为满足金属与合金热处理过程中对高温高压纯净空气的需求,设计了一款管式空气电阻炉,采用Fluent软件对管内空气的对流传热过程进行数值模拟,研究了空气入口总压、加热功率、空气入口温度和入口质量流量对电阻炉换热性能的影响.结果表明:当空气入口总压为600~800 kPa时,电阻炉换热性能未受到明显影响;当加热功率升高时,电阻炉出口温度升高,其综合换热性能下降;当空气入口温度降低时,流体与管壁的温差变大,综合换热性能有所提高;当入口质量流量从1 kg/s增至5 kg/s时,流体Re增大,综合换热因子从108.3升至558.9,综合换热性能得到显著提高.该研究结果可为管式空气电阻炉的工业应用提供理论参考和运行依据.

关键词：空气加热电阻炉温度变化换热性能

Nb-Ti微合金化柔性立管用钢中氢捕获与脆化行为

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钢铁 2025年

作者：许廷峰王兴宇张大征陈翠冯志强轩瑞飞辽宁科技大学材料与冶金学院

用于连接海上浮体与海底油气田井口以输送海洋油气的海洋柔性立管是海洋油气资源开采过程中的关键设备。由于海洋油气中常含有硫化氢，导致海洋立管用高强钢服役在含氢介质的环境中，会产生氢致损伤问题，所以氢原子在海洋柔性立管用高... 详细信息

用于连接海上浮体与海底油气田井口以输送海洋油气的海洋柔性立管是海洋油气资源开采过程中的关键设备。由于海洋油气中常含有硫化氢，导致海洋立管用高强钢服役在含氢介质的环境中，会产生氢致损伤问题，所以氢原子在海洋柔性立管用高强钢中的扩散行为一直是海洋工程用钢领域的研究热点。通过显微组织表征、慢应变速率拉伸、氢渗透以及内耗试验研究了氢原子在不同Nb-Ti微合金化的海洋柔性立管用高强钢中的扩散行为。结果表明，经过调质处理后，不同Nb-Ti含量的试验钢微观结构均为含有析出相的回火马氏体组织。随着Nb-Ti总含量的增加，马氏体板条细化程度增大，析出相数量增多且更加细小弥散，使得晶界密度与析出相体积分数同步提升，进而实现力学性能的显著提升。与此同时，晶界密度与析出相体积分数的同步提升使得钢中单位体积内氢陷阱数量增加，钢中氢捕获位点增加使氢原子扩散过程受到极大抑制，进而促使氢有效扩散系数明显下降，同时其氢脆敏感性也随之显著下降。微合金元素Nb-Ti的增多促使试验钢的氢致Snoek内耗峰激活能降低，表明Nb-Ti析出相可以吸附氢原子并弱化氢原子在钢中的扩散能力。氢陷阱数量的增加导致进入显微组织的氢原子分布更加均匀弥散，降低了氢原子在氢陷阱处过度聚集而萌生氢致裂纹的倾向，显著提高了海洋柔性立管用高强钢的服役寿命。

关键词：海洋柔性立管 Nb-Ti微合金化回火马氏体析出相氢扩散氢陷阱内耗氢致裂纹

Mn/TiO_(2)催化剂的制备及其氨氧化性能

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材料与冶金学报 2025年第1期24卷 89-93,102页

作者：吕珊于庆波王安邦孙佳潘博东北大学冶金学院沈阳110819

为了去除选择性催化还原脱硝过程中产生的逃逸氨,采用溶胶凝胶法和浸渍法分别制备出Mn/TiO_(2)催化剂,并使用该催化剂将NH3氧化成氮气和水,而后分析了催化剂的制备方法、Mn负载量及焙烧温度在其催化氧化氨时对氨转化率的影响,并利用BET,... 详细信息

为了去除选择性催化还原脱硝过程中产生的逃逸氨,采用溶胶凝胶法和浸渍法分别制备出Mn/TiO_(2)催化剂,并使用该催化剂将NH3氧化成氮气和水,而后分析了催化剂的制备方法、Mn负载量及焙烧温度在其催化氧化氨时对氨转化率的影响,并利用BET,XRD等表征手段探究了氨转化率改变的原因.结果表明:以溶胶凝胶法制备催化剂的氨转化率明显高于以浸渍法制备催化剂的氨转化率,这是因为采用溶胶凝胶法制备的催化剂表面光滑,负载物质分布均匀;随着催化剂活性组分Mn负载量及焙烧温度的增加,氨转化率呈先升高后降低的趋势;当催化剂Mn负载量为0.2、焙烧温度为400℃时,催化剂的比表面积最大,氨转化率可达到97%.

关键词：逃逸氨选择性催化氧化氨转化率

底吹直流电弧炉熔池流动与混匀特性的数值模拟

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材料与冶金学报 2025年第1期24卷 31-38,69页

作者：李桃王楠张春明陈敏东北大学冶金学院沈阳110819

针对某钢厂40 t直流电弧炉底吹过程建立了数学模型,并采用欧拉-欧拉模型耦合组分输运模型,对不同底吹条件下的电弧炉熔池流动和混合特性进行数值模拟研究,考察了底吹喷孔位置和底吹气体流量对熔池内钢液流场、示踪剂扩散行为及混匀时间... 详细信息

针对某钢厂40 t直流电弧炉底吹过程建立了数学模型,并采用欧拉-欧拉模型耦合组分输运模型,对不同底吹条件下的电弧炉熔池流动和混合特性进行数值模拟研究,考察了底吹喷孔位置和底吹气体流量对熔池内钢液流场、示踪剂扩散行为及混匀时间的影响.结果表明:在电弧炉底吹搅拌过程中,底吹喷孔的布置方式对示踪剂扩散行为的影响较大,且随着底吹气体流量的增大,混匀时间不断缩短;当底吹喷孔位置为0.7R、底吹气体流量为0.9 m^(3)/min时,熔池内钢水流动良好,混匀时间最短,底吹搅拌效果最佳.

关键词：直流电弧炉底吹搅拌流动特性混匀时间

球磨与纳米氧化铝添加对3YSZ粉体及其陶瓷性质的影响

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材料与冶金学报 2025年第1期24卷 82-88页

作者：尹言强刘涛韩磊东北大学冶金学院沈阳110819

采用加热水解法,制备出摩尔分数为3%的氧化钇稳定氧化锆(3YSZ)粉体试样,而后对其依次进行1000℃煅烧、球磨粉碎、添加0.3%(质量分数)纳米氧化铝的处理,利用SEM,XRD,BET和连续单轴压制等表征手段,分析了经过不同处理的3YSZ粉体试样微观... 详细信息

采用加热水解法,制备出摩尔分数为3%的氧化钇稳定氧化锆(3YSZ)粉体试样,而后对其依次进行1000℃煅烧、球磨粉碎、添加0.3%(质量分数)纳米氧化铝的处理,利用SEM,XRD,BET和连续单轴压制等表征手段,分析了经过不同处理的3YSZ粉体试样微观形貌及密度-压强半对数曲线的变化,并探究了添加纳米氧化铝对3YSZ粉体试样的烧结活性,以及其陶瓷耐压强度、抗水热劣化性能的影响.结果表明:球磨处理能够有效消除煅烧后3YSZ粉体中的硬团聚体,与未球磨粉体相比,经球磨处理的3YSZ陶瓷耐压强度由434 MPa增至670 MPa;烧结助剂纳米氧化铝的添加使3YSZ粉体烧结致密化温度降至1350℃,陶瓷耐压强度增至1119 MPa,且经45 h低温劣化加速实验,3 YSZ陶瓷仍未发生T→M的相变现象.

关键词：氧化锆团聚低温劣化烧结