不锈钢反应器镍、铬元素对海绵钛硬度的影响论文

SCI论文（www.lunwensci.com）:
 
 摘  要 : 目前国内反应器材质为碳钢、复合板、不锈钢， 反应器的材质会直接影响海绵钛中的杂质元素， 如Fe、Cr、Ni 等，杂质 元素超标会造成海绵钛等级降低，或不满足客户对单杂质元素含量的要求。本文主要分析 Cr、Ni 对海绵钛硬度影响，从理论和 数据统计进行分析，理论上从固溶体结构和原子半径的对比分析对海绵钛硬度影响，数据统计 100 批次海绵钛Minitab 软件进行 数据回归分析对海绵钛硬度影响， 为国内海绵钛企业对不锈钢反应器对生产海绵钛的影响提供参考。

关键词 ：海绵钛 ; 硬度 ；固溶体结构 ；原子半径 ；Minitab 软件

海绵钛生产主要为镁还原四氯化钛的方法，该置换反应为 高温条件下还原蒸馏，此方法生产海绵钛使用的反应容器一般 为圆筒式的反应容器。目前该类型反应器在不同材质情况下碳 钢反应器（主材质 Q245R、Q345R等）使用次数 7-8 次， 复合板 反应器（碳钢 +不锈钢） 使用次数 12-13 次，不锈钢反应器（主材 质 310S、321、316L 等）使用次数约 50 次，国内多数厂家使用纯 不锈钢反应器进行生产，海绵钛等级主要受 O、N、C、Fe、Cl、 硬度影响，而不锈钢反应器则会引入新的杂质元素 Cr、Ni 元素， 因此本文主要分析 Cr、Ni对海绵钛硬度影响。

                
1  镍、铬元素对海绵钛硬度影响的理论分析

1.1  金属材料的硬度

从机理上分析， 金属的硬度取决于金属中金属键的强弱 ：

（1）金属原子的半径越小， 金属键越强， 硬度越大。

（2）单位体积内的金属的价电子数越多，金属键越强，硬度 越大。

对主族金属，从左到右，同周期，原子半径减小，价电子数 增多，硬度相对增大。从上到下，同主族，原子半径增大，价电 子数相同， 硬度相对减小。对于过渡元素， 从左到右， 半径减小， 但是价电子数先增多后减小，硬度变化不明显。  在化学元素周 期表中Ti、Cr、Ni 都是副族元素，且都在第四周期，其原子半径 相似， 价电子结构相似， 因此硬度影响不大。

1.2  固溶体结构对硬度的影响

金属的硬度，宏观上是指金属表面局部体积内抵抗因外物 压入而引起的塑性变形的抗力，硬度越高表明金属抵抗塑性变 形的能力越强， 金属产生塑性变形越困难。对于某一种确定的金属而言，除了热处理工艺、冷加工状态等的影响外，在不产生晶 体结构变化的条件下， 固溶元素对其硬度有一定的影响。

固溶体有两种典型的结构形式，置换固溶体和间隙固溶体。 一般金属与金属之间形成的多是置换固溶体（如图 1），金属与 非金属元素（如 H、B、C、N、O） 等形成的固溶体是间隙式的（如 图2）。


在两种典型的固溶体结构中，间隙固溶体对材料的硬度和强度影响最为明显。间隙原子直接填充了金属晶体的晶格点阵间隙， 起到明显的强化作用。置换固溶体由于置换金属的直径大 小和价电子结构与基体金属存在差异， 也会引起晶格的变形， 也 有提高材料硬度的作用，但远远低于间隙固溶体对材料的硬度 和强度。举例如下 ：

氧和氮在 α 相中有较大的溶解度 , 对钛合金有显著强化 效果 , 但却使塑性下降，通常规定钛中氧和氮的含量分别在 0.15 ～ 0.2% 和 0.04 ～ 0.05% 以下。氢在 α 相中溶解度很小， 钛 合金中溶解过多的氢会产生氢化物，使合金变脆。通常钛合金 中氢含量控制在 0.015% 以下，而金属Ni在Ti 基体中，含量达到 30% 时，依然是固溶状态（如图 3）。


文章出自SCI论文网转载请注明出处：https://www.lunwensci.com/ligonglunwen/34117.html