金川集团股份有限公司羰化冶金厂甘肃省金昌市737100
摘要：目前，随着机械工程结构开始朝着大型化与高参量的方向发展，这在一定程度上对钢铁材料的性能提出了越来越高的要求。应用于大型机械工程结构的钢铁不仅需要有较高的强度，而且要求在低温环境下也有较好的冲击韧性，而氧化物冶金技术在提高钢铁的强度与韧性方面具有重要作用。本文主要分析了氧化物冶金的基本思路，氧化物冶金型钢的显微组织特征，氧化物冶金型钢中晶内铁素体形核机理以及氧化物冶金技术的应用，希望对氧化物冶金技术在钢铁材料中的应用具有一定的借鉴性意义。
关键词：氧化物冶金技术；非金属夹杂物；晶内铁素体；特征；应用
钢铁材料是机械制造业中的重要材料，具有较高的强度，在低温环境下也有较好的冲击韧性。随着改革开放的深入发展，机械工程结构的发展开始朝着大型化、高参量的方向发展，譬如大型的船舶、较大规模的桥梁、远距离输送管线等等，这对钢铁材料的性能提出了较高的要求，适应大型机械结构的钢铁材料不仅要求其构成要有较少的合金含量，而且还要再次基础上增加钢铁的强度与韧性。据以往研究结果发现，细化晶粒在提高钢铁材料的强度与韧性方面具有重要作用。本文主要结合氧化物冶金的基本思路、氧化物冶金型钢的显微组织特征及相关机理分析了氧化物冶金在细化钢铁材料晶粒中的应用。
1、氧化物冶金的基本思路
当探索钢铁材料内部的显微组织与其强度及韧性的相应关系时，发现当钢铁材料内包含的非金属夹杂物附有铁素体显微组织时，钢铁材料的强度与韧性会有显著的增强。由于铁素体显微组织主要在奥氏体晶内形成，所以也被称为晶内铁素体。晶内铁素体主要分布在非金属夹杂物的周围，而非金属夹杂物又是氧化物与硫化物的结合体。
按照非金属夹杂物周围的晶内铁素体具有增强高铁材料强度与韧性的事实。日本专家高村等试图诱导钢铁材料内的晶内铁素体并将其细化，从而达到增强钢铁材料的强度与韧性的目的，这一技术就被称为氧化物冶金技术，该技术的基本思路可以分为以下几个方面：
1.1钢铁材料内的晶内铁素体唯一的缺陷就是它的颗粒较大，这是导致钢铁材料强度与韧性不高的重要原因，而通过诱导钢铁材料内的晶内铁素体并将其细化可以有效达到增强钢铁材料强度与韧性的重要目的，而将晶内铁素体细化的重要方式是将奥氏体晶粒细化。
1.2应用控轧与控冷相结合的技术，将铁素体内的氧化物与硫化物析出达到防止晶内铁素体颗粒变粗的重要效果。但是钢铁焊接时，在钢铁焊接的部位会出现晶粒粗化的现象。
1.3如果能够在非金属夹杂物的周围形成较多的晶内铁素体，也同样可达到细化晶粒的效果，因为晶内铁素体在数量较多的情况下具备自身细化的能力，从而避免在焊接时出现的晶粒粗化现象。
1.4一般来说，钢铁无论是什么材质，其多多少少都会包含一定的非金属夹杂物。达到一定的条件，非金属夹杂物也具有将晶内铁素体内的晶粒细化的重要功能。
2、氧化物冶金型钢的显微组织特征
氧化物冶金型钢的重要组成部分即是非金属夹杂物和晶内铁素体，这两种成分都能够起到细化晶内铁素体内晶粒的作用，从而达到增强钢铁材料强度与韧性的重要目的。
2.1晶内铁素体的显微组织特征
要想让晶内铁素体内的晶粒达到细化的目的，需要让温度发生变化，一般是从高温向低温转变，温度的转变范围为680℃至420℃。晶内铁素体依赖非金属夹杂物成长，一般来说，在一个非金属夹杂物的周围都会分布多个晶内铁素体，呈板状。而晶内铁素体的平均长度在0.1-3.0之间，晶内铁素体互相连接。晶内铁素体不仅具有细化钢铁材料晶粒的重要作用，而且晶内铁素体与晶内铁素体之间的连接物跨度较大，在发生偏转时需要消耗较大的能量，这就使得氧化物冶金型钢具有较好的韧性与强度。除此之外，晶内铁素体还具有自身细化的重要功能，在非金属夹杂物周围分化出更多的晶内铁素体的同时，钢铁材料的晶粒也在被细化。
2.2氧化物冶金型钢中非金属夹杂物的作用与性质
氧化物冶金型钢的重要构成部分即是非金属夹杂物。非金属夹杂物的重要作用主要包括以下几个方面：首先，非金属夹杂物本身就具有细化钢铁材料晶粒的重要作用；其次，非金属夹杂物由于具有相对较高的密度，一般沉淀在奥氏体晶界的底部，具有避免奥氏体晶界的范围扩大的重要作用；再次，非金属夹杂物能够促使奥氏体晶界朝晶内铁素体转变，从而使包围在非金属夹杂物周围的晶内铁素体越来越多；最后，当焊接钢铁时，可以影响焊接部位处较粗的晶粒并使其细化。
2.3氧化物冶金型钢中晶内铁素体形核机理
目前，在已有的研究成果中，关于晶内铁素体成长的研究内容主要包括以下几个方向：
（1）应力-应变型机理。该机理主要强调非金属夹杂物加温时会发生膨胀，当冷却时其周围会形成相应的应力-应变场，这为晶内铁素体的成长提供了充足的条件。（2）最小错配度机理。该机理主要强调非金属夹杂物与晶内铁素体之间的错配度较小，而晶内铁素体本身成长所需的能量较低，非金属夹杂物就为其成长提供了具备的条件。（3）局部成分变化机理。该机理强调非金属夹杂物能够让奥氏体的稳定性丧失，从而达到诱导晶内铁素体在其周围成长的目睹。（4）惰性界面能机理。该机理认为非金属夹杂物的周围具有一定的惰性性质，能够成为晶内铁素体的形核核心，从而促进晶内铁素体的成长。
虽然关于氧化物冶金型钢中晶内铁素体具有多种形核机理，但是仔细分析，各种机理间其实存在矛盾之处。目前，国内外普遍较为认可的机理是惰性界面能机理。虽然同为非金属夹杂物，但其也具有不同的性质，从而表现不同的机理，当然也可能是多种机理共同起作用的效果。
2.4氧化物冶金技术的应用
前面已经多次论述过，氧化物冶金技术能够有效提高钢铁材料强度与韧性的重要作用，氧化物冶金技术的应用也主要在这方面。如可以通过该技术开发出具有较高强度与韧性的非调质钢，微合金低碳钢，石油和天然气输送管线钢等等具有不同作用的钢铁材料。
非调质钢是由德国蒂森特钢铁公司开发出来的，主要应用Ti、VN的非金属夹杂物将钢铁材料的晶粒细化。石油和天然气输送管线钢在刚开始的开发阶段，将还未成型的管线钢放在埋弧焊大线能量的条件下，发现管线钢的韧性及强度不仅没有增强还有减弱的趋势。而在后来的开发阶段，应用Ti、Nb、V的非金属夹杂物，很快就达到了细化钢铁材料的重要目的。
3、结语
综上所述，氧化物冶金技术能够达到细化钢铁材料的目的，从而增强钢铁材料的强度与韧性。诱导钢铁材料内的晶内铁素体并将其细化，从而达到增强钢铁材料的强度与韧性的重要目的，这一技术就被称为氧化物冶金技术。氧化物冶金型钢的重要组成部分即是非金属夹杂物和晶内铁素体，这两种成分都能够起到细化晶内铁素体内晶粒的作用，从而达到增强钢铁材料强度与韧性的重要目的。在未来，随着钢铁材料的普遍使用，氧化物冶金技术将被广泛应用于钢铁材料晶粒的细化上。
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