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先进高强钢退火过程选择性氧化模型的研究

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摘要

1.1.1先进高强钢简介

1.1.2工业热镀锌

1.1.3模拟热镀锌

1.2可镀性影响因素及其改善措施

1.2.1选择性氧化和可镀性的影响因素

1.2.2提高和改善镀锌层质量措施

1.3选择性氧化的研究现状及存在的问题

1.4研究的目的、内容和意义

第2章选择性氧化的基本理论

2.1氧化动力学原理

2.1.1元素的扩散

2.1.2合金元素氧化动力学

2.2氧化热力学原理

2.2.1金属氧化的热力学

2.2.2合金元素氧化热力学

2.2.3氧化物平衡摩尔分数的计算

2.3合金元素的选择性氧化

2.3.1选择性氧化类型

2.3.2内氧化

2.3.3内氧化向外氧化的转变

2.3.4内氧化和外氧化

2.4本章小结

第3章Wagner理论模型及其解法

3.1扩散和析出数据

3.2钢表面溶解氧浓度的计算

3.3 Wagner氧化模型及其解法

3.3.1 Wagner氧化模型

3.3.2 Wagner氧化模型的实例求解

3.4 Wagner氧化扩展模型及其解法

3.4.1 Wagner扩展模型

3.4.2 Wagner扩展模型的实例求解

3.5本章小结

第4章内氧化数值模型的建立及其解法

4.1内氧化数值模型建立的理论基础

4.1.1理论模型

4.1.2扩散方程

4.1.3有限差分法

4.2内氧化数值模型的建立与求解

4.2.1内氧化数值模型

4.2.2内氧化数值模型的解法

4.3数值模型求解实例

4.3.1氧化铝的实例求解

4.3.2氧化锰的实例求解

4.4本章小结

第5章TWIP钢的内氧化数值模拟

5.1实验用TWIP钢的成分

5.2退火镀锌工艺参数

5.3内氧化向外氧化转变

5.4数值模拟结果与分析

5.5本章小结

第6章结论

参考文献

致谢

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摘要

先进高强钢(AHSS)具有高强度和优良延伸率可以达到汽车工业的减重节能和提高碰撞性能的双重目的,先进高强度钢板在汽车上广泛使用要求其具有良好的抗腐蚀性能,提高抗腐蚀性能最经济有效的方法就是连续热镀锌。对先进高强钢而言,由于其中含有大量的Si、Mn等合金元素,这些合金元素在退火时会扩散到钢板表面并发生氧化,所产生的表面氧化物影响锌液对钢板的浸润性,镀锌时出现漏镀点,这是高强热镀锌钢板生产的最大难点。选择性氧化数学模型的研究可以从理论上预测退火后合金元素的浓度分布,可以为合金元素设计和退火工艺的制定提供理论依据,对改善先进高强钢的可镀性具有重要的理论和现实意义。 本文首先利用Wagner模型求解Fe-Al二元合金等温退火情况,得到退火后Al的浓度分布,由于Al元素向钢板表面扩散且AL2O3溶度积较小,在内氧化区生成衡量的AL2O3,钢板内部Al元素的浓度为其核心浓度。然后基于Wagner模型,考虑氧化物的溶度积,建立Wagner扩展模型,求解Fe-Mn二元合金的等温退火情况,由于MnO溶度积相对较大,Mn元素的浓度值不是恒定常数,而是沿深度方向在内氧化区急剧减小,然后逐渐增大,直到等于Mn元素的核心浓度。 针对基体中合金元素边扩散边发生选择性氧化的情形建立数值模型,该模型是内氧化模型Wagner经典模型的扩展,基于空间位置的一维有限差分,扩散系数和溶度积是温度的函数,并且考虑到已析出氧化物会再溶解情况。求解扩散方程的数值方法是一维有限差分法,虽然限制时间步长,但因其在迭代过程中具有收敛性,比有限元法更有效。该数值方法针对扩散方程离散时间和空间两个变量,并结合初始条件和边界条件进行求解,最后利用Matlab软件编写程序,分别对溶度积较小的AL2O3和溶度积较大的MnO的情形进行模拟计算,得到的数值结果与解析解均吻合,表明数值模型的可行性和正确性。 最后采用已建立的内氧化数值模型对实验用TWIP钢在给定的退火条件下进行模拟分析。得到不同退火条件下,氧分压越大,Al元素内氧化区越大,内氧化区内合金元素Al的浓度的最大值越小;相反Mn元素浓度的最值越大。

著录项

  • 作者

    王玉;

  • 作者单位

    东北大学;

  • 授予单位 东北大学;
  • 学科 材料加工工程
  • 授予学位 硕士
  • 导师姓名 崔青玲;
  • 年度 2016
  • 页码
  • 总页数
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 中文
  • 中图分类 蒸汽动力工程;
  • 关键词

    高强钢; 退火过程; 选择性;

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