D0I:10.13374/i.issm1001053x.2010.5.21 第32卷第5期 北京科技大学学报 Vo132 No 5 2010年5月 Journal ofUniversity of Science and Technobgy Bejjing May 2010 硫化锰夹杂物在YF45MV钢中行为的原位观察 邵消静王新华王万军黄福祥姜敏 北京科技大学治金与生态工程学院，北京100083 摘要采用共焦激光扫描显微镜首次原位观察Ya45MV钢中M血S映杂在连续升温过程中的变化.结果表明：在匀速加热 过程中，细长条状MS首先转变为近球状硫化物组成的串状夹杂物，然后近球状硫化物发生扩散长大，数量减少：温度增加到 一定程度后，MS夹杂发生固溶现象，其面积反而减小. 关键词易切削钢：MS夹杂物：尺寸：扩散：固溶 分类号TF03上TF762+.2 In situ observation ofm anganese sulfide inc usions in YF45MnV steel SHAO X iao.ing WANG X nhua WANG Wan jin HJANG Fuxiang JIANGM in Schpol ofMeallgical and Ecokgica l Erg inee ring University of Sc ience and Technopgy Beijing Beijing 100083 China ABSTRACT The change process ofMns ncus ons in YF45MnV steelwas in situ observed by confocal aser scann ngmicoscope The result shows hat durng te con tnuous heating process slenderMns inc usions firstly change into string lke inc usians composed of subphaerodal su lfiles then hese subsphaeroidal su lfides difuse and grow upwih he number decreasng When he tem peratire increases po som e extent Mns nclusons d issolve p he steel and the areas of correspond ng sulfides decrease KEY WORDS free cutting stel MnS ncluspons size diffusion dissolution MS是钢中典型夹杂物.在传统建筑类或容器 大线能量焊接过程热影响区域的综合力学性能6？ 类用中厚板中，大尺寸MS夹杂物由于轧制过程容 的目的. 易产生较大变形成为长条状，常引起钢板向性能 由此可见，有效利用MS夹杂物对于改善钢材 不合格或应力腐蚀开裂1，对钢材性能非常有害， 切削和力学性能至关重要，因而很有必要对其进行 应避免其生成.但是，在易切削钢生产技术和氧化 深入研究.然而，前人更多关注于钢液中MS夹杂 物治金技术中，MS夹杂物的有益作用及其利用则 物的析出行为0，对于MS夹杂物的尺寸和形态 是世界性的研究热点. 在固态钢中随温度的变化则研究得很少”：而对于 硫系易切削钢是最主要的一类易切削钢种，用 后者的了解，不仅对于获得适宜形态（如纺锤形或 途极为广泛.钢中MS夹杂物的存在破坏了钢基体 近球形)的MS夹杂物以减少其在轧制过程中的延 的连续性，切削过程中钢基体在MS夹杂物处容易 展有益，也对钢材轧制制度的优化有重要的参考 起裂从而易于切削：同时MS夹杂物由于熔点较 价值. 低，在切削温度下较软且容易形成液膜，对刀具 基于此，本文以YF45MV钢为例，采用共焦激 具有一定的润滑与保护作用，能降低刀具磨损，从而 光扫描显微镜对MS夹杂物在固态钢中连续加热 改善钢材的切削性能.在氧化物治金技术中，则是 过程中的特征变化进行了原位动态观察，并对MS 利用凝固过程中与氧化物粒子复合析出的MS夹 夹杂物形态和尺寸的变化进行了相应的分析，以期 杂物能够促进钢中晶内铁素体(GF或A日生成的 为钢铁生产过程中MS夹杂形态、尺寸的控制提供 优点，进而达到细化钢材微观组织4-和改善钢板 依据。 收稿日期：2009-07-02 作者简介：邵肖静(1983-)，女，博士研究生；王新华(195一，男，教授，博士生导师，Ema1wh126@126cm
第 32卷 第 5期 2010年 5月 北 京 科 技 大 学 学 报 JournalofUniversityofScienceandTechnologyBeijing Vol.32 No.5 May2010 硫化锰夹杂物在 YF45 MnV钢中行为的原位观察 邵肖静 王新华 王万军 黄福祥 姜 敏 北京科技大学冶金与生态工程学院, 北京 100083 摘 要 采用共焦激光扫描显微镜首次原位观察 YF45MnV钢中 MnS夹杂在连续升温过程中的变化.结果表明:在匀速加热 过程中, 细长条状 MnS首先转变为近球状硫化物组成的串状夹杂物, 然后近球状硫化物发生扩散长大, 数量减少;温度增加到 一定程度后, MnS夹杂发生固溶现象, 其面积反而减小. 关键词 易切削钢;MnS夹杂物;尺寸;扩散;固溶 分类号 TF03 + 1;TF762 +.2 In-situobservationofmanganesesulfideinclusionsinYF45MnVsteel SHAOXiao-jing, WANGXin-hua, WANGWan-jun, HUANGFu-xiang, JIANGMin SchoolofMetallurgicalandEcologicalEngineering, UniversityofScienceandTechnologyBeijing, Beijing100083, China ABSTRACT ThechangeprocessofMnSinclusionsinYF45MnVsteelwasin-situobservedbyconfocallaserscanningmicroscope. Theresultshowsthatduringthecontinuousheatingprocess, slenderMnSinclusionsfirstlychangeintostring-likeinclusionscomposed ofsubsphaeroidalsulfides, thenthesesubsphaeroidalsulfidesdiffuseandgrowupwiththenumberdecreasing.Whenthetemperature increasestosomeextent, MnSinclusionsdissolvetothesteelandtheareasofcorrespondingsulfidesdecrease. KEYWORDS free-cuttingsteel;MnSinclusions;size;diffusion;dissolution 收稿日期:2009--07--02 作者简介:邵肖静 ( 1983— ), 女, 博士研究生;王新华 ( 1951— ), 男, 教授, 博士生导师, E-mail:wangxinhua126@126.com MnS是钢中典型夹杂物.在传统建筑类或容器 类用中厚板中, 大尺寸 MnS夹杂物由于轧制过程容 易产生较大变形成为长条状, 常引起钢板 Z向性能 不合格或应力腐蚀开裂 [ 1--2] , 对钢材性能非常有害, 应避免其生成.但是, 在易切削钢生产技术和氧化 物冶金技术中, MnS夹杂物的有益作用及其利用则 是世界性的研究热点 . 硫系易切削钢是最主要的一类易切削钢种, 用 途极为广泛 .钢中 MnS夹杂物的存在破坏了钢基体 的连续性, 切削过程中钢基体在 MnS夹杂物处容易 起裂从而易于切削 [ 3] ;同时 MnS夹杂物由于熔点较 低, 在切削温度下较软且容易形成液膜 [ 3] , 对刀具 具有一定的润滑与保护作用, 能降低刀具磨损, 从而 改善钢材的切削性能.在氧化物冶金技术中, 则是 利用凝固过程中与氧化物粒子复合析出的 MnS夹 杂物能够促进钢中晶内铁素体 ( IGF或 IAF)生成的 优点, 进而达到细化钢材微观组织 [ 4--5] 和改善钢板 大线能量焊接过程热影响区域的综合力学性能 [ 6--7] 的目的. 由此可见, 有效利用 MnS夹杂物对于改善钢材 切削和力学性能至关重要, 因而很有必要对其进行 深入研究 .然而, 前人更多关注于钢液中 MnS夹杂 物的析出行为 [ 8--10] , 对于 MnS夹杂物的尺寸和形态 在固态钢中随温度的变化则研究得很少 [ 11] ;而对于 后者的了解, 不仅对于获得适宜形态 (如纺锤形或 近球形 )的 MnS夹杂物以减少其在轧制过程中的延 展有益, 也对钢材轧制制度的优化有重要的参考 价值 . 基于此, 本文以 YF45MnV钢为例, 采用共焦激 光扫描显微镜对 MnS夹杂物在固态钢中连续加热 过程中的特征变化进行了原位动态观察, 并对 MnS 夹杂物形态和尺寸的变化进行了相应的分析, 以期 为钢铁生产过程中 MnS夹杂形态 、尺寸的控制提供 依据 . DOI :10.13374/j .issn1001 -053x.2010.05.021
第5期 邵肖静等：硫化锰夹杂物在YF45MV钢中行为的原位观察 571 坯，每个连铸坯从内弧向中心等距离截取四个试样 1实验过程 分别记为1、23和4尺寸为10mX10mm× 1.1实验材料 20mm在铸坯距内弧1/4处截取中7.5mX4n圆 实验采用Y45MV钢连铸坯，其主要化学成 棒，作为共焦激光扫描实验用试样.试样经砂纸打 分列于表1由表1可见，钢中有极低的总氧含量， 磨、抛光膏抛光处理.为保证试样表面干净，在将试 同时钢中的硫含量较高. 样装入共焦激光扫描显微镜前放入超声波清洗仪中 为确定钢中夹杂物的类型，实验选取两块连铸 用乙醇清洗10m 表1试样化学成分（质量分数） Tab le1 Chemical composition of specimens % C Si Mn P Al 0 N 048 0.45 1.36 00091 0.043 0.0167 00857 00011 00058 1.2实验方法 微镜用HN激光束照射试样表面，将反射信号传 首先，对钢中夹杂物的类型进行鉴定.将抛光 入计算机系统，记录在视频文件中. 后的试样用扫描电镜结合能谱仪(JSM-6480LW对 2结果 每个试样观察25个典型夹杂物，以确定钢中夹杂物 的类型、形貌和尺寸，为原位观察实验做准备 2.1钢中夹杂物分析结果 其次，采用热力学计算软件Themmo-Ca计算热 两个连铸坯共观察和检测了200个典型夹杂物 力学平衡状态下YFMV钢中M的析出量和温度 的形貌和成分，其夹杂物典型图片和对应成分如图 的关系，为后续原位观察实验的温度选择提供依据， 1所示.经统计可知，钢中夹杂物分单独MnS MnS 随后，采用日本Lasertech公司生产的共焦激光 和氧化物的复合夹杂物、MS和氮化物的复合夹杂 扫描显微镜对硫化物夹杂在连续升温过程中的行为 物三类.其中，82%的夹杂物为独立MS另有少数 进行动态原位观察.将超声波清洗过的试样放入纯 与氧化物、氮化物复合的MS并未发现独立析出的 刚玉坩埚中，并将坩埚置于金相加热炉中，抽真空后 氧化物和氮化物.其中，扫描电镜中观察到的单独 在高纯氩气保护气氛下升温，升温速度通过温控系 的MS夹杂颜色较浅，尺寸多大于5μ四形状不规 统控制，以100Kmr'的速率加热到1713K并在 则，多为细长条状，伴有棱角.复合MS夹杂尺寸较 该温度下保温5m!加热过程中，共焦激光扫描显 小，形状多为近球形 10 um 10um 10u时 夹杂物的组成（质量分数修 图例 MnS Cas A0, Mgo Cao VN a 100 (b-I 29.42 14.69 45.81 7.52 2.56 (e) 59.52 3135 10.13 图1连铸还中典型夹杂物的电镜图片和成分 Fg 1 SEM Phographs and com positions of tpical inc lusions in continuous casting slabs 2.2热力学平衡计算 知，1689时MnS开始大量析出.到1273K左右时 经Themo-Calc软件计算得到的平衡状态下 可以全部析出 MS浙出量与温度的关系如图2所示.由图2可 由Fe-相图可知，碳质量分数为048%的钢
第 5期 邵肖静等:硫化锰夹杂物在 YF45MnV钢中行为的原位观察 1 实验过程 1.1 实验材料 实验采用 YF45MnV钢连铸坯, 其主要化学成 分列于表 1.由表 1可见, 钢中有极低的总氧含量, 同时钢中的硫含量较高. 为确定钢中夹杂物的类型, 实验选取两块连铸 坯, 每个连铸坯从内弧向中心等距离截取四个试样, 分别记为 1、 2、 3 和 4, 尺 寸为 10 mm×10 mm× 20 mm.在铸坯距内弧 1/4处截取 7.5 mm×4 mm圆 棒, 作为共焦激光扫描实验用试样 .试样经砂纸打 磨、抛光膏抛光处理 .为保证试样表面干净, 在将试 样装入共焦激光扫描显微镜前放入超声波清洗仪中 用乙醇清洗10 min. 表 1 试样化学成分 (质量分数 ) Table1 Chemicalcompositionofspecimens % C Si Mn P S Al V O N 0.48 0.45 1.36 0.009 1 0.043 0.016 7 0.085 7 0.001 1 0.005 8 1.2 实验方法 首先, 对钢中夹杂物的类型进行鉴定 .将抛光 后的试样用扫描电镜结合能谱仪 ( JSM--6480LV)对 每个试样观察 25个典型夹杂物, 以确定钢中夹杂物 的类型 、形貌和尺寸, 为原位观察实验做准备. 其次, 采用热力学计算软件 Thermo--Calc计算热 力学平衡状态下 YF45MnV钢中 MnS的析出量和温度 的关系, 为后续原位观察实验的温度选择提供依据. 随后, 采用日本 Lasertech公司生产的共焦激光 扫描显微镜对硫化物夹杂在连续升温过程中的行为 进行动态原位观察.将超声波清洗过的试样放入纯 刚玉坩埚中, 并将坩埚置于金相加热炉中, 抽真空后 在高纯氩气保护气氛下升温, 升温速度通过温控系 统控制, 以 100 K·min -1的速率加热到 1 713 K, 并在 该温度下保温 5 min.加热过程中, 共焦激光扫描显 微镜用 He--Ne激光束照射试样表面, 将反射信号传 入计算机系统, 记录在视频文件中 . 2 结果 2.1 钢中夹杂物分析结果 两个连铸坯共观察和检测了 200个典型夹杂物 的形貌和成分, 其夹杂物典型图片和对应成分如图 1所示 .经统计可知, 钢中夹杂物分单独 MnS、MnS 和氧化物的复合夹杂物 、MnS和氮化物的复合夹杂 物三类.其中, 82%的夹杂物为独立 MnS, 另有少数 与氧化物 、氮化物复合的 MnS, 并未发现独立析出的 氧化物和氮化物 .其中, 扫描电镜中观察到的单独 的 MnS夹杂颜色较浅, 尺寸多大于 5 μm, 形状不规 则, 多为细长条状 、伴有棱角 .复合 MnS夹杂尺寸较 小, 形状多为近球形 . 图 1 连铸坯中典型夹杂物的电镜图片和成分 Fig.1 SEMphotographsandcompositionsoftypicalinclusionsincontinuouscastingslabs 2.2 热力学平衡计算 经 Thermo--Calc软件计算得到的平衡状态下 MnS析出量与温度的关系如图 2所示 .由图 2可 知, 1689 K时 MnS开始大量析出, 到 1 273 K左右时 可以全部析出 . 由 Fe--C相图可知, 碳质量分数为 0.48%的钢 · 571·
。572 北京科技大学学报 第32卷 1873 在1713K时为固液两相状态，基本为钢液凝固末 端.而MS在钢液凝固末端大量析出，因此后续原 1673 位观察实验选取1713K作为最高加热温度 1473 2.3原位观察结果 对MS夹杂加热过程进行了原位观察，选取几 到1273 组典型照片示于图3由图3可见，就M血的形态 1073 而言，随着温度的升高，室温下长条状的夹杂物首先 873 转变为串状硫化物，随后距离较近的硫化物发生小 尺寸颗粒消失、大尺寸颗粒长大的Oswa熟化现 6736 2 468 1012 质量分数10 象.1712K后观察到钢表面部分熔化.从图中还可 图2MnS顺量分数与温度的关系 以发现随着加热温度的升高，奥氏体晶粒不断长 Fg 2 Reltinship be weenMnS mass fractin ard temperature 大，直到晶界接触到MS夹杂物为止，这主要是由 (1)435K 2)1061K 31375K 0 um 30μm 30m (41588K (5)1694K 6)1712K 30μnm 30μm 30μnm 图3连续升温过程中MS夹杂物的典型图片 Fg 3 Typicalmicostucures ofMns incusions during continuous heating pocess 于M血S夹杂钉扎晶界，抑制了晶粒长大. 120 为了获得MS夹杂在加热过程中粒度具体变 三100 化的信息，本文选取图3中椭圆形区域内的硫化物 80 夹杂进行分析.首先，基于面阵CD原理，测 60 得该区域内MnS夹杂的面积S:其次，根据MnS的 40 热膨张系数，计算出MS夹杂因热膨胀引起的 20 ·实验测得数据点 面积增加量S2最后，求出排除钢中MS热膨胀引 300 600 900120015001800 起面积增加，单纯由固溶和扩散这类动力学因素得 温度K 到的MS夹杂面积S(后文中所述硫化物面积皆 图4硫化物面积与温度关系图 指S),即S=9- Fg 4 Re lationsh ip be ween sulfides'area and tempera mre MS夹杂面积变化量与温度的关系如图4所 夹杂匀速升温过程中形态和面积变化的示意图.室 示.从图中拟合曲线可以看出匀速加热过程中硫化 温下，典型MS夹杂物为细长条状，升温过程中首 物夹杂二维面积随温度的变化趋势：随着温度升高， 先分解为串状排列的近球状颗粒；这主要是由于升 硫化物面积不断增大，达到最大值后，随着温度的继 温过程中，系统总能量升高，为保证硫化物夹杂最稳 续升高，硫化物面积开始逐渐降低 定，即保持吉布斯自由能最低，硫化物会自发地向表 3讨论 面能最低的球形转变.随后球状夹杂物数量减少而 尺寸长大，主要是由于不同尺寸粒子周围M四S元 基于MS夹杂在高温过程中的原位观察，对 素浓度不同一小尺寸硫化物周围M阳S元素 MnS夹杂的形态变化进行了分析.图5为典型MnS 的浓度高于大尺寸硫化物周围对应元素的浓度：浓
北 京 科 技 大 学 学 报 第 32卷 图 2 MnS质量分数与温度的关系 Fig.2 RelationshipbetweenMnSmassfractionandtemperature 在 1 713 K时为固液两相状态, 基本为钢液凝固末 端.而 MnS在钢液凝固末端大量析出, 因此后续原 位观察实验选取 1 713 K作为最高加热温度. 2.3 原位观察结果 对 MnS夹杂加热过程进行了原位观察, 选取几 组典型照片示于图 3.由图 3可见, 就 MnS的形态 而言, 随着温度的升高, 室温下长条状的夹杂物首先 转变为串状硫化物, 随后距离较近的硫化物发生小 尺寸颗粒消失 、大尺寸颗粒长大的 Ostwald熟化现 象.1 712 K后观察到钢表面部分熔化.从图中还可 以发现, 随着加热温度的升高, 奥氏体晶粒不断长 大, 直到晶界接触到 MnS夹杂物为止, 这主要是由 图 3 连续升温过程中 MnS夹杂物的典型图片 Fig.3 TypicalmicrostructuresofMnSinclusionsduringcontinuousheatingprocess 于 MnS夹杂钉扎晶界, 抑制了晶粒长大. 为了获得 MnS夹杂在加热过程中粒度具体变 化的信息, 本文选取图 3 中椭圆形区域内的硫化物 夹杂进行分析.首先, 基于面阵 CCD原理 [ 12--13] , 测 得该区域内 MnS夹杂的面积 S1;其次, 根据 MnS的 热膨胀系数 [ 14] , 计算出 MnS夹杂因热膨胀引起的 面积增加量 S2;最后, 求出排除钢中 MnS热膨胀引 起面积增加, 单纯由固溶和扩散这类动力学因素得 到的 MnS夹杂面积 S3(后文中所述硫化物面积皆 指 S3), 即 S3 =S1 -S2. MnS夹杂面积变化量与温度的关系如图 4所 示 .从图中拟合曲线可以看出匀速加热过程中硫化 物夹杂二维面积随温度的变化趋势:随着温度升高, 硫化物面积不断增大, 达到最大值后, 随着温度的继 续升高, 硫化物面积开始逐渐降低. 3 讨论 基于 MnS夹杂在高温过程中的原位观察, 对 MnS夹杂的形态变化进行了分析 .图 5为典型 MnS 图 4 硫化物面积与温度关系图 Fig.4 Relationshipbetweensulfidesareaandtemperature 夹杂匀速升温过程中形态和面积变化的示意图 .室 温下, 典型 MnS夹杂物为细长条状, 升温过程中首 先分解为串状排列的近球状颗粒 ;这主要是由于升 温过程中, 系统总能量升高, 为保证硫化物夹杂最稳 定, 即保持吉布斯自由能最低, 硫化物会自发地向表 面能最低的球形转变.随后球状夹杂物数量减少而 尺寸长大, 主要是由于不同尺寸粒子周围 Mn、S元 素浓度不同 [ 15] ———小尺寸硫化物周围 Mn、S元素 的浓度高于大尺寸硫化物周围对应元素的浓度;浓 · 572·
第5期 邵肖静等：硫化锰夹杂物在YF45MV钢中行为的原位观察 ·573 度差导致邻近不同粒度硫化物粒子间MS元素的 这一特性细化晶粒，进而提高钢的力学性能. 扩散，从而造成硫化物面积增加.当增加到一定值 参考文献 后，硫化物面积随着温度的升高而降低：推测其原因 为，温度升高，YF45MV钢由奥氏体向8铁素体转 【I】Kunya J Anzai H Masacka】Efect of MnS inclusions on suess corosion crackig n bw.alky seels Corosin 1992(4):419 变，造成钢中仰S元素的固溶度和扩散系数发生 DomizziG AneriG OvejeGarcia J hfluence of suphur con 变化.由2.2节中的理论计算结果也可发现，1689 tent and incusin distribution on the hydrogen nduced blister KMS的固溶度发生急刷变化.由以上分析可知， cracking in pressure vessel and pipeline steel Comos Sci 2001 升温过程中硫化物夹杂的面积变化是由如下两个因 (43):325 [3 LiuY Q FreeCuting Stel Shenyang NorheasemUniversit of 素共同作用导致的：①粒子间浓度差引起的扩散现 Tecnology Pess 1990 62 象：②温度变化引起的固溶度改变 (刘永铨.易切削钢.沈阳：东北工学院出版社，199062) [4 Furuhara T ShinyoshiT MiyaoG et al Multiphase crstal kgmphy in the nuckeation of intngranukr ferrite an MnSV(C 120 N cmpkex prec pitate in austenite ISU Int 2003 43(12) 90 2028 [5]Furuhan T Yamguchi J SuginN et a]Nuckeation of proeu 60 tec oid ferrite on conpkex Prec pitates n austenite ISl ht 30 200343(10):1630 MnS形态变化 【(TomitaY SaioN TsuakiT etal加Provem ent inHAZ gh 300 600 90012001500 1800 ness of seel by TNMnS addition ISU Int 1994 34(10):829 温度K [7]HidesapM Ryujil MasaakiE The role ofMn dep letion n the heat affected zone in strucural steels in of ntra granuar we Hed 图5硫化物形态和面积变化示意图 Fg 5 Schemati digrm of changes in morthokgy and area of sl pints ferrite tansfmmation with arge heat Input in strucural fides see5 SIJ nt199636(11片1406 8 OilawaK OhtniH The contol of he mophology ofMrs nch 为提高钢材的力学性能，需要钢中MS夹杂形 sons in steel during solidification ISU Int 1995 35(4):402 [9 Oilwa K hda K Ef作ct of titanim additi知on the pmati知 态适宜（即近球形和纺锤形），尺寸细小.通过对 and distribution of Mns nclusions in steel during solidification MS夹杂在高温过程中的原位观察，可以得到高温 1S1nt199737(4):335 状态下MS夹杂的形态变化及其面积随温度变化 [10 Fredrksson H Hillen M On the fomation of manganese sul 的曲线，这对实际生产中控制MS夹杂将有很大的 Phile inc lusions in stee]Scand J Metall 1973(2):143 【l】MitsuiH Oikawa K Ohnuma】et al Morhokgy of sulfide 启示作用. pmed n he FeCrS temary alky's ISU ht 2002 2 (11) 1297 4结论 [121 ZhangQF HanY X Yang H B et a]Area measurement of ir regularplane object using area amay CCD hstmm Tec Sens (1)通过原位观察发现：随着加热温度的升高， 2000(2):33 室温下长条状MS夹杂首先转变为由紧邻的一系 (张全法，韩要轩，杨海彬，等.用面阵CCD测量不规则平 列近球状夹杂组成的串状夹杂；随后紧邻的球状夹 面物体的面积.仪表技术与传感器，2000(2：33) 杂物由于扩散，其面积不断增加，并相互融合，接近 [13 Geng F Qian C HX mage analysis technAue pr quantitative testing and evajuation of plastic shrinkage cracks in conce te J 球形：当温度增加到一定程度后，MS夹杂的总面积 SoutheasUnivNat SciEd 2003 33(6):775 开始降低，此时小尺寸MS减小甚至消失，大尺寸 (耿飞，钱春香.图象分析技术在混凝土塑性收缩裂缝定量 颗粒缓慢长大. 测试与评价中的应用研究。东南大学学报：自然科学版 (2)匀速加热过程中，随着温度的升高，钢中 200333(6):775) 14 Zhao X D Jiang J Hu G D et al Effects ofREm icroa lby ing MS夹杂的面积不断增加，达到最高值后逐渐减小. a m icrostruc tre and poperties of 5 CNMo steel Shandong 其原因可能是：高温下M口S元素的扩散加速，有利 MeaⅡ20042(3)：43 于夹杂物面积增加：而温度增加到1689K时，M仰S (赵晓栋.姜江胡国栋.等.稀土微合金化对5CNM钢组织 元素的固溶度急剧增加，固溶作用起主导作用，致使 和性能的影响.山东治金，200426(3片43) MnS夹杂面积减小. 15]YongQI,Secnd Phase in Steel Beijng Memllugical Industry Pe5200647 (3)在升温过程中，观察到MS夹杂对奥氏体 (雍歧龙.钢中的第二相.北京：治金工业出版社，2006 晶粒长大有抑制作用.在实际生产中可利用M的 477)
第 5期 邵肖静等:硫化锰夹杂物在 YF45MnV钢中行为的原位观察 度差导致邻近不同粒度硫化物粒子间 Mn、S元素的 扩散, 从而造成硫化物面积增加.当增加到一定值 后, 硫化物面积随着温度的升高而降低;推测其原因 为, 温度升高, YF45MnV钢由奥氏体向 δ--铁素体转 变, 造成钢中 Mn、S元素的固溶度和扩散系数发生 变化.由 2.2节中的理论计算结果也可发现, 1 689 KMnS的固溶度发生急剧变化.由以上分析可知, 升温过程中硫化物夹杂的面积变化是由如下两个因 素共同作用导致的:①粒子间浓度差引起的扩散现 象 ;②温度变化引起的固溶度改变 . 图 5 硫化物形态和面积变化示意图 Fig.5 Schematicdiagramofchangesinmorphologyandareaofsulfides 为提高钢材的力学性能, 需要钢中 MnS夹杂形 态适宜 ( 即近球形和纺锤形 ), 尺寸细小 .通过对 MnS夹杂在高温过程中的原位观察, 可以得到高温 状态下 MnS夹杂的形态变化及其面积随温度变化 的曲线, 这对实际生产中控制 MnS夹杂将有很大的 启示作用. 4 结论 ( 1) 通过原位观察发现:随着加热温度的升高, 室温下长条状 MnS夹杂首先转变为由紧邻的一系 列近球状夹杂组成的串状夹杂 ;随后紧邻的球状夹 杂物由于扩散, 其面积不断增加, 并相互融合, 接近 球形;当温度增加到一定程度后, MnS夹杂的总面积 开始降低, 此时小尺寸 MnS减小甚至消失, 大尺寸 颗粒缓慢长大. ( 2) 匀速加热过程中, 随着温度的升高, 钢中 MnS夹杂的面积不断增加, 达到最高值后逐渐减小 . 其原因可能是:高温下 Mn、S元素的扩散加速, 有利 于夹杂物面积增加;而温度增加到 1 689 K时, Mn、S 元素的固溶度急剧增加, 固溶作用起主导作用, 致使 MnS夹杂面积减小. ( 3) 在升温过程中, 观察到 MnS夹杂对奥氏体 晶粒长大有抑制作用 .在实际生产中可利用 MnS的 这一特性细化晶粒, 进而提高钢的力学性能 . 参 考 文 献 [ 1] KuniyaJ, AnzaiH, MasaokaI.EffectofMnSinclusionsonstress corrosioncrackinginlow-alloysteels.Corrosion, 1992, 48( 4):419 [ 2] DomizziG, AnteriG, Ovejero-GarciaJ.Influenceofsulphurcontentandinclusiondistributiononthehydrogeninducedblister crackinginpressurevesselandpipelinesteels.CorrosSci, 2001, ( 43) :325 [ 3] LiuYQ.FreeCuttingSteel.Shenyang:NortheasternUniversityof TechnologyPress, 1990:62 (刘永铨.易切削钢.沈阳:东北工学院出版社, 1990:62 ) [ 4] FuruharaT, ShinyoshiT, MiyamotoG, etal.MultiphasecrystallographyinthenucleationofintragranularferriteonMnS+V( C, N) complexprecipitateinaustenite.ISIJInt, 2003, 43 ( 12 ): 2028 [ 5] FuruharaT, YamaguchiJ, SugitaN, etal.Nucleationofproeutectoidferriteoncomplexprecipitatesinaustenite.ISIJInt, 2003, 43 ( 10) :1630 [ 6] TomitaY, SaitoN, TsuzukiT, etal.ImprovementinHAZtoughnessofsteelbyTiN-MnSaddition.ISIJInt, 1994, 34( 10 ):829 [ 7] HidesatoM, RyujiU, MasaakiF.TheroleofMndepletioninthe heataffectedzoneinstructuralsteelsinofintra-granularwelded jointsferritetransformationwithlargeheatInputinstructural steels.ISIJInt, 1996, 36( 11 ):1406 [ 8] OilawaK, OhtaniH.ThecontrolofthemorphologyofMnSinclusionsinsteelduringsolidification.ISIJInt, 1995, 35( 4) :402 [ 9] OilawaK, IshidaK.Effectoftitaniumadditionontheformation anddistributionofMnSinclusionsinsteelduringsolidification. ISIJInt, 1997, 37( 4) :335 [ 10] FredrikssonH, HillertM.Ontheformationofmanganesesulphideinclusionsinsteel.ScandJMetall, 1973 ( 2) :143 [ 11] MitsuiH, OikawaK, OhnumaI, etal.Morphologyofsulfide formedintheFe-Cr-Sternaryalloys.ISIJInt, 2002, 42 ( 11 ): 1297 [ 12] ZhangQF, HanYX, YangHB, etal.AreameasurementofirregularplaneobjectusingareaarrayCCD.InstrumTechSens, 2000, ( 2) :33 (张全法, 韩要轩, 杨海彬, 等.用面阵 CCD测量不规则平 面物体的面积.仪表技术与传感器, 2000, ( 2 ):33 ) [ 13] GengF, QianCHX.Imageanalysistechniqueforquantitative testingandevaluationofplasticshrinkagecracksinconcrete.J SoutheastUnivNatSciEd, 2003, 33( 6) :775 (耿飞, 钱春香.图象分析技术在混凝土塑性收缩裂缝定量 测试与评价中的应用研究.东南大学学报:自然科学版, 2003, 33 ( 6) :775) [ 14] ZhaoXD, JiangJ, HuGD, etal.EffectsofREmicroalloying onmicrostructureandpropertiesof5CrNiMosteel.Shandong Metall, 2004, 26 ( 3) :43 (赵晓栋, 姜江, 胡国栋, 等.稀土微合金化对 5CrNiMo钢组织 和性能的影响.山东冶金, 2004, 26( 3 ):43) [ 15] YongQL.SecondPhaseinSteel.Beijing:MetallurgicalIndustry Press, 2006:477 (雍歧龙.钢中的第二相.北京:冶金工业出版社, 2006: 477) · 573·
