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科技日報訊 （記者王怡 郝曉明）在鑄鋼過程中，雜質的匯聚和上浮導致了鑄造中成分的不均勻，進而影響鋼材的質量。記者從中科院金屬研究所沈陽材料科學國家（聯(lián)合）實驗室獲悉，由李殿中研究員、李依依院士帶領的研究團隊的一項最新成果，揭示了在鑄造鋼件時導致鋼材降解的機制。該研究成果發(fā)表在近日的《自然通訊》上。

鋼材在高溫冶煉和澆注到模具之后，需要鑄造凝固。在凝固過程中，液態(tài)金屬結晶形成樹枝晶網(wǎng)絡，因為鋼水不純凈，雜質會在枝晶網(wǎng)內聚集長大。由于密度小，這些雜質團簇在枝晶網(wǎng)內上浮形成一條通道。在該通道內，富集大量雜質，也會吸附和促進碳、錳等主要合金元素的偏聚。鑒于這條通道的成分和性能與周圍材質有很大區(qū)別，被稱為成分偏析帶（又叫通道偏析）。

此項研究解剖分析了3支100噸級核電用鋼錠，通過控制氧含量的臨界值，有效減輕直至消除了偏析缺陷。研究人員發(fā)現(xiàn)，長期被忽略的氧及其形成的氧化物是偏析的根源。

據(jù)李殿中介紹，之前的理論主要認為硫和磷會帶來偏析問題，但在工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，即使硫和磷控制到了很低含量，偏析依然存在，這與經(jīng)典理論不相符，直到發(fā)現(xiàn)氧才是幕后黑手。

這一研究成果已經(jīng)獲得初步應用驗證。在特殊鋼領域，有效提高了成材率；在重機行業(yè)，提高了鋼水的純凈性和核電、火電等大鋼錠及其大鍛件的內在品質。控氧純凈化技術推廣應用后，將使大尺度鋼鐵材料的制備工藝發(fā)生改變，從而顯著提升鋼材的成材率，也有利于提質增效，進一步促進我國重大工程用鋼國產(chǎn)化。