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氮化钛细化洁净钢凝固组织的有关物理化学问题 成国光+，朱晓霞，赵沛 (北京科技大学冶金学院，北京100083；钢铁研究总院，北京Io008u 擅蔓本文从物理化学的角J蔓探索利用氮化钛作为铁素体非均质形核的核心．在洁净钢凝固过程中细化凝固组织的可能性。计算了TiN粒子在洁净 钢凝固过程中的析出规律·Ti20j和TiN在凝固过程中竞争析出的条件，以及各种工艺参数列TiN析出的影响。 关键词：氮化钛；细化晶粒；凝固；析出 钢铁_T业及冶炼技术的不断发展对钢材质量 K值也相应下降。Q表示凝固过程中实际的氮、 提出了更高的要求，可综合概括为：超纯净化、 钛浓度积口1。随着凝固的进行，钢液中的溶质元素 超细化、超均匀化。一方面，随着钢水精炼技术 氮、钛会在凝固前沿富集，使氮、钛浓度积逐渐 的迅猛发展，在丁=业上已经能把钢中的杂质元素 硫、磷分别控制在0．0005％以下，氧、碳分别小于际氮、钛浓度积已经大于形成TiN所需的平衡浓 度积，在热力学方面已经具备了在凝固前沿液相 0．0010％、氢小于0．0001％水平。但对于钢中杂质 元素氮并没有非常有效的去除手段，仅从钢水精 中析出TiN的条件。从目前查阅的国内外文献来 炼的角度去研究更加行之有效的脱氮工艺未取得 看，普遍的观点认为，当钢中【Ti】；(0．02．0．03)％， 显著效果，因此有必要探索新途径来研究钢中氮 的去除和利用。另一方面，连铸技术在钢铁生产 右时才析出形核。但这已经是凝固末期，对抑制 中已经得到了广泛的应用，进一步提高连铸坯质 柱状晶生长，提高等轴晶率不会有明显的作用。 量已经成为重要的研究课题。通过控制钢液的凝 本论文提出了一种新的思路，就是针对图1 固过程，改善铸坯的凝固组织，细化铸坯凝固组 中的E点，能否采取特定的工艺条件，使E点向 织是提高铸坯质量的有效方法。获得高的等轴晶 左运动，即TIN的析出提前进行。为了达到这一 比例，可以显著减轻铸坯偏析、疏松、缩孔等质 目的，可以从两方面来考虑，其一就是使lgQ线 量缺陷。 向上移动，可以通过适当提高钢中氮、钛含量以 本文就是综合以上两方面，把普碳钢中难以去 及提高冷却速率等手段来达到：另一方面，可以 除的杂质元素氮作为可利用资源，通过加入少量 使lgK向下移动，可以通过增加过冷度的办法实 的合金元素钛，使其在凝固过程中析出大量细小 现。 弥散的TiN粒子。充分利用TiN能作为很好的铁 图2为不同氮、钛含量，不同过冷度条件下TiN 素体非均质形核核心的特点，大量增加凝固前沿 的析出情况。其中，△T表示凝固过冷度。从图中 非均质形核的核心，达到细化连铸坯晶粒的目的。 可以看出，当△T=0K，初始氮含量为50ppm时， 1氮化钛在洁净钢凝固初期析出的条件 TiN在f。=85％时才析出。随着初始N含量的增加， TiN的开始析出点不断左移。当凝固前沿氮含量增 1．1氮化钛在凝固过程中析出的—般规律 图l描述了TiN在凝固过程中析出的一般规期的fs--0，20进行。因此，合理增加N、Ti含量， 有利于TiN的早期析出。另外，凝固前沿的过冷 律。其中fs为固相分率。K表示凝固过程中TiN 析出时所需的氮、钛平衡浓度积，由凝固过程的 度对TiN的早期析出同样有着重要的意义。随着 温度所决定¨1”。随着凝固的进行，温度逐渐下降， 过冷度的增加，TiN的析出提前进行。当N=50ppm， 收稿日期：2001—12—21；修订日期：2002--04--02 基金项艮新一代钢铁材料的重大基础研究(J1998061511-3 作者简介：成目光(1964．)，男，工学博士。捌教授． ——二鎏L——————————壁里堂兰—塑些竺塑些生堡塑墼里丝堡塑立茎塑苎些兰塑璧 ：!： 过冷度从OK增加到100K时，