众所周知钢中氧化物颗粒对控制金相组织起到重要的作用,即用于凝固的成核点、从奥氏体到铁素体的相变以及晶界迁移的锁定作用。曾经报道过细化不锈钢凝固组织的氧化物的作用。例如通过专门的氧化处理可以细化高纯铁素体不锈钢的凝固组织。还报道过MgO上析出TiN,Al2O3导致等轴凝固组织形成。于是,为了控制钢材的晶粒尺寸,要求凝固过程中析出的氧化物几乎没有粗大的。因此使用那些氧化物很难使晶粒尺寸更细。
我们知道不锈钢中的氧化物组分随着Si含量的增加从MnO-Cr2O3→MnO-SiO2→SiO2。而且,我们还知道通过热处理可改变不锈钢中的氧化物组分。在1373~1573K之间通过热处理可改变氧化物组分,从MnO-SiO2→MnO-Cr2O3。这种现象受Mn和Si含量的影响;当Si含量超过~0.3%以上,氧化物的组分不受热处理改变,它只剩MnO-SiO2。报道称热处理和热轧以后,观察经浇铸的试样没有发现MnO-SiO2但出现了MnO-Cr2O3。可以断定MnO-SiO2溶解了,而析出了MnO-Cr2O3。此外,有人证实由于有细的MnO-Cr2O3析出,所以晶粒尺寸变得更细。因此,可以断定这些析出的氧化物对晶界迁移有很强的锁定作用并抑制晶粒粗大。
日本的科研职员使用含不同Si、Mn、Ni和Cr成分的钢对在不形变的情况下通过热处理改变氧化物组分的必要条件进行了研究。用获得的热力学数据讨论了熔融状态和固体状态的不锈钢中氧化夹杂物的稳定性。结果如下:
观察了热处理后含18%Cr和18%Ni的钢中夹杂物的形态和化学成分的变化。在低Si含量时MnO-SiO2型氧化物转变成MnO-Cr2O3型氧化物。在高Si含量时,热处理后MnO-SiO2型氧化物是稳定的。
因热处理引起的氧化夹杂物组分的变化取决于钢中Cr的含量。在临界Si含量时热处理后观察氧化物组分的变化,随Cr含量的减少而减少;在1%Cr钢中,未发现氧化物组分的改变。
参考获得的热力学数据,计算1873~1473K时氧化夹杂物的稳定性。计算结果与观察到的结果相符。