【摘 要】
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2021年,我国粗钢产量约为10.33亿吨,其中氧化铁皮的产生量占据粗钢产量的1%左右。目前针对氧化铁皮的利用水平和产品附加价值较低的问题,本文通过热力学模拟计算、真空碳热还原实验及等温动力学等方式对配碳还原氧化铁皮制备多孔不锈钢的机理进行了研究,并对还原制备得到的多孔不锈钢的微观形貌、元素分布、孔隙率及性能进行分析,具体结果如下:Fact Sage热力学计算结合实验数据结果显示,氧化铁皮配碳还原
【基金项目】
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国家自然科学基金项目（51864041）；
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2021年,我国粗钢产量约为10.33亿吨,其中氧化铁皮的产生量占据粗钢产量的1%左右。目前针对氧化铁皮的利用水平和产品附加价值较低的问题,本文通过热力学模拟计算、真空碳热还原实验及等温动力学等方式对配碳还原氧化铁皮制备多孔不锈钢的机理进行了研究,并对还原制备得到的多孔不锈钢的微观形貌、元素分布、孔隙率及性能进行分析,具体结果如下:Fact Sage热力学计算结合实验数据结果显示,氧化铁皮配碳还原平衡时,Cr在300℃被氧化成Fe Cr2O4,温度升高到736.89℃被还原成一系列的含Cr低价氧化物,最终在1070.13℃形成Cr7C3、Cr23C,最终得到Cr（FCC）。系统压力对含Cr化合物的生成顺序没有影响。系统压力由1atm降低至10-5atm,不同还原反应发生的温度逐渐降低、还原体系内wCFCCmax含量由1.23%降至0.12%,对应温度由1070℃降至628.17、开始出现Cr（L）温度由1153.5℃升高至1527.6℃,有利于固固还原反应的进行。杂质氧化物无法被还原剂还原,对还原过程没有影响。真空、高温及时间均有利于氧化铁皮配碳还原反应的进行。最佳制备多孔316不锈钢的工艺为:10-3Pa系统压力、1200℃保温3h。多孔316不锈钢三维不规则孔隙分布在试样表面。多孔316不锈钢组织为奥氏体,晶粒尺寸均小于10μm。Al2O3、Si O2、Ca O等杂质氧化物形成了黑亮色的半球状富集于多孔不锈钢表面。在上述条件下制备的多孔316不锈钢孔隙率为42.07%。多孔316不锈钢的孔隙率逐渐增加,其显微硬度逐渐降低。在孔隙率为42.07%时最大,最大硬度为90.34HV0.1。多孔不锈钢的抗拉强度随着孔隙率的增加而降低,抗拉强度在孔隙率为42.07%时,最大为381.15MPa,经过1350℃保温3h致密化处理后,孔隙率降至36.05%,抗拉强度增加至532.77MPa,力学性能可以与采用不锈钢粉末为原料制备多孔316不锈钢性能持平。多孔316不锈钢孔隙率从42.07%增加至80.04%,自腐蚀电位从-0.510V降低至-0.581V;多孔不锈钢腐蚀电位Ecorr随孔隙率的增加呈现逐渐减小的趋势,在孔隙率为42.07%时Ecorr最大为-0.497V;试样的孔隙率的逐渐增加,电流密度呈现逐渐增大的趋势,在孔隙率为80.04%时达到最大为0.892m A·cm-2,耐腐蚀性能能随着孔隙率的增加而降低。在温度为600～900℃保温0～3h阶段,主要发生C+CO2=2CO反应,表观活化能为0.576k J/mol;温度为600～900℃保温3～4h阶段,还原反应受到新物质形核速率影响,表观活化能是4.83k J/mol;温度为1000～1200℃保温范围内,表观活化能为分别为9.36k J/mol和60.68k J/mol。
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