·274* 北京科技大学学报 2002年第3期 时才析出.随着初始N含量的增加，TN的开始 量；(2)合理的钛含量；(3)极低的溶解氧含量来 析出点不断左移，即TN的析出提前进行.当N 抑制氧化物的析出和提高钛的利用率；（④）提高 含量增加到1.37×10时，TN的析出相应提前到 钢的洁净度（极低硫、氧含量）来获取较大的过 凝固初期进行.另外，凝固前沿的过冷度对TN 冷度；（⑤）采用强冷措施提高钢液过冷度；(6)低 的早期析出同样有着重要的意义.随着过冷度 过热度浇俦 增加，TN的析出明显提前进行.对于N含量为 2凝固试验研究 5.0×104来说，当过冷度从△T-0K增加到△T= 49K时，TiN的析出从f0.85提前到f0.70左 2.1试验方法 右.由此可见，若同时控制钢液的氮、钛成分和 根据前文提出的连铸坯凝固过程中氮化钛 过冷度，更容易使TN在凝固初期析出，作为6 细化晶粒的工艺条件，本文采用不同的实验方 铁素体形核核心，从而起到细化晶粒的作用. 法探索普碳钢TN形核细化凝固组织的实际效 -1.5 果.实验在10kg真空感应炉上完成.整个实验 1N含量1.37x10-1'△T-0K 2N含量1.20×10-42'△T=21K 过程包括：洁净钢的制备、精炼、浇铸、加钛处 -2.03N含量1.00×1043△T=49K 理、宏微观组织观察等工序.在实验中，采用现 4N含量8.0×1054'△T-82K IgK -2.5 5N含量5.0×1055'△T=148K 代化学冶金的手段，控制钢中的[S]<0.0010%, [P]<0.0050%,[O]水0.0005%（均为质量分数）；采 -3.0 2 3 …4 用控制真空感应炉中氮气分压的办法来获得钢 .2 中不同的氨含量；根据N,Ti化学反应当量(% -3.5 -3 T]/T%N门=3.34)来确定所添加的钛量；控制较 4.0 低的出钢温度；采用不同的加钛工艺.钢种为 1go 45钢. 4.5 80 2.2试验结果 20 40 60 100 1% 图3是凝固前沿加人T粉进行对比性实验 图2TN在凝固初期的析出条件 中有代表性的部分试验结果.图3(a),(b)分别表 Fig.2 Segregation condition of TiN at initial solidification 示不加钛和加钛试样的低倍组织，可以看出，图 3(a)试样表面几乎完全是极为粗壮的柱状晶，有 笔者进一步研究了凝固过程中TN,Ti,O,竞 明显的方向性；图3b)试样表面组织比较致密， 争析出规律.在钢液中同时存在钛、氨、氧的条 等轴晶率约为70%.因此，高洁净普碳钢通过严 件下，T,O3是非常容易生成的，在液态中就可以 格地控制钢中极低氧、极低硫含量、较高的氮含 析出，这样势必消耗大量Ti,对TN的析出起到 量和合理的钛含量再结合快冷和低过热度工 负面影响.因此，要使凝固过程中最大限度地 艺，利用TN作为异质核心形核是一种细化凝 形成TN,必须严格控制钢水的初始溶解氧含 固组织的有效手段 量，抑制Ti,O的析出，计算表明：要使TN优 先于TO析出，必须把初始溶解氧含量控制在 3×10-5×10以下.也就是说，只有采取高氨、 低氧的工艺路线才有利于促进TN尽早析出. 对钢液过冷度的影响因素初步的计算.结 果表明钢液的洁净度对过冷度有显著的影响. 当用A1脱氧，以A1,O为非均质形核核心，冷 却速率控制为R=200K·min'时，[O]含量由5.0 ×10-下降到0.5×106，过冷度约提高18K左右. (a)不加钛 (b)加钛 此外，随着冷却速率的增加，过冷度也相应 图3凝固前沿加入T粉对比试验结果 增加. Fig.3 Comparative experiment results with(b)or without(a)Ti 综上所述，要使TN在凝固初期析出，细化 powder in advance of the solidification front 凝固组织，其关键的工艺要点为：(1)较高的氮含