本報(bào)沈陽(yáng)11月25日訊（記者周峰）中科院金屬研究所沈陽(yáng)材料科學(xué)國(guó)家（聯(lián)合）實(shí)驗(yàn)室李殿中研究員、李依依院士團(tuán)隊(duì)近期發(fā)現(xiàn)了鋼中夾雜物浮力驅(qū)動(dòng)通道凝固偏析形成新機(jī)制，糾正發(fā)展了上世紀(jì)60年代建立的自然對(duì)流驅(qū)動(dòng)凝固偏析理論，相關(guān)研究成果11月25日發(fā)表在《自然—通訊》上。
據(jù)介紹，鋼是由不同含量的元素組成的合金。引起制備早期失效的一個(gè)主要原因是材料凝固過(guò)程中的成分不均勻分布，即偏析。但對(duì)它背后產(chǎn)生機(jī)制的解釋仍不清晰。偏析的基礎(chǔ)理論核心是自然對(duì)流驅(qū)動(dòng)偏析，該理論認(rèn)為鋼的偏析主要是由硫、磷、碳、硅、錳等元素導(dǎo)致的，控制偏析的主要手段是抑制流動(dòng)。而在生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，上述理論對(duì)大尺度鋼鐵材料偏析形成的解釋存在很大爭(zhēng)議，而且無(wú)法有效控制偏析。
通過(guò)對(duì)百噸級(jí)大鋼錠的實(shí)物解剖和多尺度計(jì)算模擬，該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，在廣泛應(yīng)用的鋼種中，夾雜物是引起通道偏析的主要機(jī)制。通道偏析起源于以氧化物為核心的夾雜物，一定數(shù)量和尺寸的夾雜物在糊狀區(qū)聚集形成的浮力效應(yīng)誘導(dǎo)了糊狀區(qū)失穩(wěn)，主導(dǎo)了通道偏析的形成。這一研究突破了多年來(lái)冶金界普遍認(rèn)為的經(jīng)典自然對(duì)流理論。
研究結(jié)果表明，通過(guò)控制全氧和氧化物含量，可以顯著減少直至消除通道偏析，在大斷面鑄坯無(wú)法實(shí)現(xiàn)快速冷卻的條件下，通過(guò)控氧純凈化冶煉和合理澆注，仍可以更有效控制偏析。
他們發(fā)現(xiàn)氧和輕金屬形成的復(fù)合夾雜物引發(fā)的流動(dòng)驅(qū)動(dòng)了鑄造過(guò)程中的成分變化。在單重高達(dá)650噸的系列大鋼錠的實(shí)驗(yàn)中，證實(shí)通過(guò)減少氧含量可以避免偏析。因此，控制氧含量來(lái)改善鋼的質(zhì)量是個(gè)非常有前景的方法。
本項(xiàng)研究成果揭示了氧在鋼中的神秘作用，發(fā)現(xiàn)了氧化物夾雜是偏析形成的核心，從而發(fā)展了經(jīng)典偏析形成理論，實(shí)現(xiàn)了偏析控制的重大技術(shù)突破。
