金属学报

作者：张月鑫, 王举金, 杨文, 张立峰

单位：1北京科技大学 冶金与生态工程学院 北京 100083；2北方工业大学 机械与材料工程学院 北京 100144

关键词：管线钢,冷却速率,夹杂物,热力学,动力学,

基金：国家自然科学基金项目(U22A20171);国家自然科学基金项目(52304340)

利用高温共聚焦扫描激光显微镜精准控制冷却速率，研究了冷却速率分别为800、600、400、200、100和5℃/min条件下管线钢中非金属夹杂物成分的演变，然后计算分析了夹杂物成分转变过程的热力学机理，最后建立了冷却过程夹杂物成分演变的动力学模型并自主编程进行求解，讨论了冷却速率和夹杂物直径对钢凝固和冷却过程中夹杂物成分演变的影响。结果表明，随着冷却速率由800℃/min降低到5℃/min，夹杂物中Al2O3含量由66.33%增至75.06%，CaS含量由1.07%增至10.55%，CaO含量由28.27%降至11.24%，MgO含量由4.33%降至3.15%。夹杂物数密度由76.15 mm-2降至15.28 mm-2，夹杂物平均直径先由2.09 μm缓慢降至1.62 μm，后又逐渐增大至2.65 μm。高温钢液中夹杂物的热力学平衡成分主要为41.71%CaO-50.76%Al2O3-6.50%MgO-1.03%SiO2，随着温度的降低，夹杂物逐渐由Al2O3-CaO-MgO转变为CaS-Al2O3-MgO-(CaO)。冷却速率对夹杂物中MgO和Al2O3含量的影响较小。夹杂物直径和冷却速率对夹杂物中CaO和CaS含量有显著影响，在钢的凝固冷却过程，夹杂物中CaS含量超过CaO含量的临界冷却速率与夹杂物直径存在直接关系，夹杂物直径为1和2 μm时，这一临界冷却速率分别为400和100℃/min，而当夹杂物直径大于5 μm时，这一转折冷却速率则远小于1℃/min。

来源：2023年第12期

《金属学报》期刊编辑部

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