高温时H13钢中初生碳氮化物的分解研究

利用光学显微镜、扫描电镜和电子探针研究了H13钢中初生碳氮化物高温分解时的形貌、尺寸、成分变化规律.原始初生碳氮化物主要为10~30μm的长条状(Vx,Mo1-x)(Cy,N1-y)及少量方形的(Tix,V1-x)(Cy,N1-y).在1200℃保温2.5 h后碳氮化物边缘变为凹凸不平的锯齿状,然后形成细小的分解颗粒,10 h后碳氮化物平均长度减小为12.9μm,主要为(Tix,V1-x)(Cy,N1-y).当经过1250℃ ×5 h保温后87%的碳氮化物发生分解,(Vx,Mo1-x)(Cy,N1-y)溶解消失,碳氮化物长度在20μm以下,当保温时间延长到10 h后碳氮化物长度均在10μm以下,70%为方形并且93%分解形成细小颗粒,未分解的碳氮化物为(Tix,V1-x)(Cy,N1-y).电子探针分析(Tix,V1-x)(Cy,N1-y)的分解与Fe元素扩散有关,高温时Fe在(Tix,V1-x)(Cy,N1-y)中含量逐渐增加而Ti、V减少,优先在边部曲率半径较小部位或缺陷处分解,形成0.1~1μm的细小分解颗粒,并由外向内以区域溶解方式使原始碳氮化物逐渐消失.双亚点阵模型分析两种碳氮化物的平衡溶解温度和组成有关,试样中大部分(Tix,V1-x)(Cy,N1-y)平衡溶解温度在1200~1246℃之间,与实验吻合较好.     

氢气还原褐铁矿实验研究与动力学分析

本文旨在研究不同温度下氢气对褐铁矿还原度和还原速率的影响,并以此为基础分析动力学相关问题.通过热重分析深入了解褐铁矿失水状况.使用粒度为8~12 mm褐铁矿焙烧后,分别在750~950℃五个不同温度下使用4 L·min-1 H2进行还原,并分析还原率和还原速率随时间的变化关系.研究发现：随着反应进行,试样还原率逐渐增大,五条还原率曲线在t>28 min后与还原温度排序一致.通过动力学研究计算得反应表观活化能E=15.323 kJ·mol-1,从而确定扩散为还原反应的限制环节.     

KBr-H2O、NH4Br-H2O和ZnBr2-H2O作用浓度计算模型

建立了强电解质水溶液KBr-H2O、NH4Br-H2O和ZnBr2-H2O作用浓度的计算模型,计算了上述三个溴化物二元水溶液体系在温度为298.15K、质量摩尔浓度达到饱和前的作用浓度.热力学模型计算的组元作用浓度以纯物质为标准态和摩尔分数为浓度单位,与文献报道的组元活度以无限稀为标准态和质量摩尔浓度为浓度单位经过活度的标准态转换后可良好地吻合,且转换系数在计算的浓度范围内基本守恒.以上热力学模型计算的组元作用浓度能反映出强电解质水溶液的结构本质;在本模型的假设下电解质水溶液呈现理想溶液特征,组元的作用浓度在计算的浓度范围内严格遵守质量作用定律.     

"活度"质疑

为研究二元系溶液中组元摩尔分数和气相中蒸气压的规律,考察了48个化合物在熔点固液相变的熔化熵变,发现相变时没有发生显著的化合物分解.在假设二元系溶液中存在化合物分子的情况下,组元在全浓度范围符合拉乌尔定律,不存在Lewis定义的"活度";通过与Mg-Si、In-Sb和Fe-Mn三个二元系实测活度结果对比,证实了计算的平衡摩尔分数即为活度值,二元金属熔体不存在所谓"活度"的观点.推导了在二元系金属熔体存在一个金属间化合物条件下平衡的摩尔分数的通用公式,以及相应的A2B或AB型金属间化合物的一般公式.将二元系溶液划分为大于纯组元熔点的温度、小于纯组元熔点温度但高于液相线和低于液相线的三个区间,提出了适应不同区间的广义拉乌尔定律的关系式.     

基于最小Gibbs自由能原理的铁氧化物气固还原热力学研究

基于最小Gibbs自由能原理建立了铁氧化物气固还原反应的热力学模型,由模型计算结果作出铁氧化物气固还原反应平衡图,与文献中实验数据吻合良好.与常用冶金学教材和热力学数据库中给出的参考数据进行了对比,不同来源的热力学数据差异较大.探究了铁氧化物逐级还原的热力学平衡情况.计算了CO和H2混合气体还原铁氧化物的热力学平衡,推导了平衡时气体总利用率η总 的计算公式,作出了CO和H2混合气体还原铁氧化物的三维平衡图,并与文献中实验数据对比,验证了结果的正确性.     

宣钢优特钢用活性石灰反应过程动力学研究

对宣化钢铁公司石灰厂所用的石灰石的分解过程进行了动力学研究.以升温速率分别为10、15、20、25和30℃/min的方式将过200目筛子的石灰石粉末加热到1000℃,通过测量其热重曲线,得出分解过程的机理方程为F(α)=(1-α)-1;所用碳酸钙的热分解反应的速率常数为k=54325e-98873/RT.通过对(0.02m×0.02m×0.02m)的石灰石样品在1223、1323和1423K进行的分解实验,确定了CO2在该石灰石生成CaO过程中的扩散系数和温度的关系为lgD=-25062/T 2.28,得到了石灰石分解的动力学模型,并用此模型作了预测,与实际吻合较好.     

印度尼西亚海砂氧化性球团氢气还原机理

对印度尼西亚海砂矿氧化性球团氢气还原的规律做了较详细的研究。实验采用失重的方法,通过对反应过程的物相变化、热力学以及动力学方面的分析,探究了海砂球团矿氢气还原的机理。结果表明：温度在800℃和850℃,还原反应的最终产物主要是FeTiO3,整个反应限制环节是由两个不同阶段的过程组成,反应开始阶段由界面化学反应控制,之后由界面化学反应与内扩散共同控制；在900、950和1000℃三个温度下,反应产物中有钛氧化物出现,整个还原反应由三个不同的限制性环节组成,开始由界面化学反应控制,反应中间阶段是由界面化学反应和内扩散共同控制,反应后期则是由内扩散控制为主。     

基于双亚点阵模型对H13钢中初生碳氮化物的研究

实验证明H13钢中存在三类初生碳氮化物,包括富V和C的(Vx,Mo1x)(Cy,N1-y)、富Ti和N的(Tix,V1x)(Cy,N1-y)及富V和C的(Tix,V1-x)(Cy,N1-y),部分存在形核核心.基于双亚点阵模型和凝固偏析模型分析计算H13钢凝固过程中元素含量变化,考虑初生碳氮化物中元素间的相互作用,根据三类碳氮化物中合金元素含量和C/N比值不同,对各碳氮化物的生成自由能进行分析.理论研究指出富Ti和N的(Tix,V1-x)(Cy,N1-y)在固相率为0.90时即可生成,而富V和C的(Tix,V1-x)(Cx,N1-y)在固相率大于0.96才可生成,两类碳氮化物的临界生成固相率fP均随固溶Ti和N含量的增加而减小.(Vx,Mo1-x)(Cy,N1-y)的临界生成固相率与x值密切相关,x减小时fP降低,粒子尺寸增加,实验与理论分析吻合良好.根据错配度分析氧化物和碳氮化物对H13钢中初生碳氮化物异质形核的作用.     

基于原位观察的H13钢中液析碳化物高温行为研究

使用原位观察方法研究了不同凝固条件H13钢铸锭样品中液析碳化物的高温行为.实验发现连铸锭及电渣锭两种样品在所研究的枝晶间存在明显的合金元素偏析,其中Cr、Mo、V、C的偏析较为明显,液析碳化物存在于凝固枝晶间偏析最严重的区域,成分为V、Mo、Cr、Ti的液析碳化物.连铸锭及电渣锭两种样品分别在1200℃ 及1250℃ 围绕液析碳化物周围出现局部液相,理论计算的局部液相出现温度与实验观察到的接近;随着温度的升高,局部液相范围扩大,与电渣锭相比,加热至相同温度时,连铸锭液析碳化物周围的局部液相范围更大.液析碳化物周围局部液相的出现加快了枝晶间合金元素的扩散,对液析碳化物的高温行为具有重要影响.     

H13钢电渣锭、锻造及淬回火过程中碳化物析出行为

研究了H13钢在电渣锭退火、锻后退火和淬回火三种状态下的析出物特征.利用碳膜萃取复型,通过透射电镜、电子衍射和能谱分析发现方形、圆形及尺寸在200 nm以下的不规则碳化析出物,并确定它们分别为V8C7、Cr23C6和Cr3C2(Cr2VC2).研究了这些析出物的演变规律,并对其在液相区、固--液两相区和固相区的析出规律进行了热力学计算.根据热力学计算及电子衍射标定结果发现,Cr23C6和V8C7在液相区及固--液两相区均不能析出,当冷却到固相区时它们才开始析出.