晶体的转变：EBSD揭示绿色钢铁的秘密

绿色钢铁制造不仅仅是一项技术革新——更是推动环境修复、增强经济韧性以及可持续工业转型的驱动力。其中，氢基炼钢技术的采用是实现气候中和钢铁生产的关键路径。

电子背散射衍射（EBSD）在优化和扩大绿色钢铁生产工艺中发挥着关键作用，它能够对氢基铁矿石还原过程中的微观结构变化进行高分辨率表征。

布鲁克eWARP EBSD 探测器代表了EBSD技术的重大突破，它采用直接电子探测和先进的CMOS架构，显著提高了灵敏度与采集速度，使得对铁矿石样品进行高分辨率的晶体学分析成为可能。

EBSD物相图（图1a）显示了赤铁矿球团样品在700 ºC的100% 氢气气氛中还原1分钟后，赤铁矿（红色）和磁铁矿（蓝色）的分布情况。该图像尺寸约为300万像素，覆盖面积约105x70 μm，即使以50nm的小步长采集，也仅用10分钟即可完成。

EBSD晶体取向图（图1b）揭示了样品中还原过程的动态性与非均质性。部分赤铁矿颗粒保持未还原状态，部分处于相变起始阶段（左上区域），另一部分已完全转化为磁铁矿（右下区域）。

值得注意的是，该图揭示了一个有趣的还原动力学现象：左中部的赤铁矿颗粒似乎同时从两个不同起始点发生还原，形成两个清晰可见且相互竞争的还原前沿。

如图2a所示，在相同气氛条件下继续暴露20分钟，磁铁矿（蓝色）进一步转化为铁素体（绿色）。铁素体正是该可持续钢铁生产热化学路径所期望的最终形态。

特别感谢杜塞尔多夫马普可持续材料研究所（MPISusMat）的Dierk Raabe教授及其团队提供样品并允许发表这些结果。

进一步阅读

关于绿色钢铁制造的更多内容，以下是来自马普可持续材料研究所及其合作团队的相关论文：

Wei et al. (2024). One step from oxides to sustainable bulk alloys.

Özgün et al. (2024). Green Ironmaking at Higher H2 Pressure: Reduction Kinetics and Microstructure Formation During Hydrogen-Based Direct Reduction of Hematite Pellets.

Choisez et al. (2024). Hydrogen-based direct reduction of combusted iron powder: Deep pre-oxidation, reduction kinetics and microstructural analysis.

Özgün et al. (2023). How much hydrogen is in green steel?

Ma et al. (2023). Reducing Iron Oxide with Ammonia: A Sustainable Path to Green Steel.

Zhou et al. (2023). Effect of Pore Formation on Redox-Driven Phase Transformation.

Ma et al. (2022). Hydrogen-based direct reduction of iron oxide at 700°C: Heterogeneity at pellet and microstructure scales.

Ma et al. (2022). Hierarchical nature of hydrogen-based direct reduction of iron oxides.

Kim et al. (2021). Influence of microstructure and atomic-scale chemistry on the direct reduction of iron ore with hydrogen at 700°C.

EBSD探测器