镁处理对TiN液析行为的影响

doi:10.12068/j.issn.1005-3026.2024.07.008

摘要/Abstract

摘要：

为研究镁处理对钛微合金钢在凝固过程中TiN液析行为的影响，采用真空感应炉冶炼了试验钢.利用SEM-EDS结合图像处理软件，分析铸坯径向不同位置处镁处理钢对比非镁处理钢中夹杂物的成分和尺寸变化，并用FactSage软件对夹杂物的形成和析出进行了计算.结果表明：钢中TiN夹杂均在凝固前沿的液相中生成.氮含量增加，凝固过程中TiN的析出温度升高和析出量增加，并对后续Ti₄C₂S₂和MnS的析出产生影响.非镁处理条件下，铸坯1/4处和中心处TiN夹杂的平均粒径分别为2.48和2.11 μm，镁处理后，尺寸分别降为1.50，1.45 μm和1.48，1.38 μm，数密度也有所增大.添加微量Mg，MgO·Al₂O₃即可稳定存在于钢中并在钢液降温过程中成为TiN的凝固核心，促使TiN夹杂分布弥散，减少了大尺寸TiN的生成.

关键词: 镁处理, 钛微合金钢, TiN, 析出, 热力学

Abstract:

To investigate the effect of magnesium on TiN liquid precipitation in titanium microalloyed steel， the steel was melted in a vacuum induction furnace. The changes in inclusion composition and size in magnesium?treated steel at different billet positions were analyzed by SEM-EDS and imaging software and were compared with untreated steel. FactSage software was used to calculate inclusion formation. The results revealed that TiN inclusions form in the liquid phase at the solidification front. Higher nitrogen content increases TiN precipitation temperature and amount， and affects Ti₄C₂S₂ and MnS precipitation. Without magnesium treatment， the average sizes of TiN are 2.48 and 2.11 μm in the quarter and center of slab， respectively. After magnesium treatment， the sizes decrease to 1.50， 1.45， 1.48， and 1.38 μm， respectively， with increased number density. Traces of Mg enable the stable existence of MgO·Al₂O₃， serving as TiN solidification cores， aiding dispersion and reducing the formation of large-size TiN during steel cooling.

Key words: magnesium treatment, titanium microalloyed steel, TiN, precipitate, thermodynamics

中图分类号:

TF 704.7

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图/表 12

表1 原料化学组成（质量分数） (%)

Table 1 Chemical compositions of raw materials(mass fraction)

原料	Fe	C	Si	Mn	S	Al	Mg	Ti	其他
工业纯铁	99.9	0.002	0.01	0.03	0.007	0.001	—	—	0.05
含镁包芯线	49.21	—	32.41	—	—	10.60	7.78	—	—
钛铁	27.10	0.08	0.20	0.10	0.005	1.60	—	70.90	0.01

图1 冶炼流程示意图

Fig.1 Schematic diagram of smelting process

表2 试验钢化学成分（质量分数） (%)

Table 2 Chemical compositions of steels(mass fraction)

炉次	C	Ti	Al（s）	Mg	O	N
1	0.049	0.037	0.025	-	0.003 4	0.003 4
2	0.051	0.026	0.028	0.000 5	0.001 1	0.006 6
3	0.047	0.028	0.058	0.000 5	0.000 8	0.009 1

图2 三炉钢中夹杂物的成分及形貌（a）—第1炉；（b）—第2炉；（c）—第3炉.

Fig.2 Composition and morphology of inclusions in three furnace steels

图3 不同钢液体系夹杂物优势区域图（a）—Fe-Al-Ti-O；（b）—Fe-Al-Ti-Mg（5×10-6）-O.

Fig.3 Dominant area map of inclusions in different molten steel systems

图4 夹杂物数密度和平均粒径随位置变化（a）—夹杂物数密度；（b）—夹杂物粒径.

Fig.4 Variation of inclusion density and average grain diameter with position

图5 不同位置处尺寸小于2 μm夹杂物所占比例

Fig.5 Percentage of inclusions less than 2 μm at different positions

图6 Mg含量对[Ti]和[N]活度的影响

Fig.6 Effect of Mg content on [Ti] and [N] activities

图7 3炉钢凝固过程平衡析出相图（a）—第1炉；（b）—第2炉；（c）—第3炉.

Fig.7 Equilibrium precipitation phase diagrams of three furnace steels during solidification

图8 3组试样中不同位置处不同尺寸TiN夹杂的数量

Fig.8 The content of TiN inclusions with different sizes at different positions in three groups of samples

表3 钢中全部夹杂物特征统计结果

Table 3 Statistical results of characteristics of all inclusions in steel

试样	位置	夹杂物数量	数密度/（个·mm^-2）	平均粒径/μm	平均面积/μm²
1	边部	1123	449.2	1.17	1.51
	1/4	417	166.8	2.46	3.14
	中心	404	161.6	2.03	2.83
2	边部	1122	448.8	1.00	1.04
	1/4	431	172.4	1.41	2.03
	中心	455	182.0	1.39	2.01
3	边部	954	381.6	1.08	1.24
	1/4	587	234.8	1.34	2.00
	中心	522	208.8	1.26	1.74

图9 3组试样中不同位置处不同类型夹杂物所占比例

Fig.9 Percentage of different types of inclusions at different positions in three groups of samples

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