取向硅钢中渗氮过程的实验研究与数值模拟

分类： 材料科学 >> 材料科学（综合） 提交时间： 2017-03-31 合作期刊: 《金属学报》

罗海文 曾贵民 李军 龚坚 黎先浩 王现辉

摘要： 板坯低温加热工艺是国内外生产取向硅钢的先进工艺，而渗氮是通过低温工艺生产取向硅钢的关键工序。本文通过在实验室模拟取向硅钢的渗氮生产工序，实测了不同渗氮时间下的渗氮量，并通过电子探针、场发射扫描电镜等观察了渗氮后氧化层的变化、氮在硅钢带厚度方向的浓度梯度。根据实测的组织形貌和渗氮动力学特点，首次建立了针对取向硅钢的渗氮动力学模型，并成功地进行了数值模拟计算。研究结果表明： (1) 取向硅钢带的平均N含量在渗氮初期增加缓慢，之后逐渐加快，直至90 s时渗氮速率达到最大值之后保持恒定；在750 ℃渗氮2分钟时间内，在近表面0.04 mm范围内存在显著的氮浓度梯度；(2) 脱碳退火后，取向硅钢的氧化层主要为层状氧化物，渗氮时氧化层被氢气还原，层状氧化物转变为球状，氧化层的变化对渗氮动力学影响恒定； (3) 分析了N由气相穿过表面氧化层至铁基体的传质系数所遵循的可能模型，发现只有当传质系数遵循氧化层还原动力学模型时，即Avrami函数模型f=1-exp?(-kt^n)，计算结果才能与实测的渗氮动力学特征高度吻合。

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