·1666 工程科学学报，第39卷，第11期 100 0.017%-0.022%,N质量分数的波动范围为0.006%~ 0.012%,据图可知AN的析出温度在1028~1164℃ 。·模拟计算曲线 80 一射钉公式修正 范围内波动.因此，对于连铸过程，应避免或推迟矫直 区进入AN析出“窗口”，对于轧制过程，应调整好加 60 热炉均热温度在1160~1200℃，使开轧前A1N充分固 溶，并促进第二相质点的溶解 40 0.08 8/ 0.07 20 0.06 [N=-0.0020 N=0.0040% [N=0.0030 0.05 4 6 8 10 12 0.04 距弯月面距离/m 0.03 图8射钉公式修正与模拟计算曲线的比较 Fig.8 Comparison between modified formula of nail-shooting and 0.02 simulation curve 0.01 足公式d,之后铸坯凝固加快，坯壳厚度变化满足公 800 900 10001100 1200 13001400 式d,·所以在射钉试验时，射钉位置应尽量靠前，避开 温度℃ 拐点区，以提高计算准确性. 图10不同A1、N质量分数与AN析出温度的关系 Fig.10 Relationship between different Al,N content and precipita- 4AN的析出控制 tion temperature of AlN 4.1AIN的析出热力学 4.2AN的析出动力学 Q420C钢中的铝可以细化晶粒，提高钢的强度和 连铸凝固冷却过程中，由于AN容易进行非平衡 韧性，但AN在奥氏体晶界的析出增加了铸坯裂纹的 析出，奥氏体中AN的形核较快，故在此主要考虑轧制 敏感性，因此控制连铸过程中AN的析出和加热过程 过程中的AN析出动力学.从AN一般C形析出动力 中AN的溶解对提高轧材表面质量至关重要.图9为 学曲线可以看出，在给定的析出时间内，存在着AN析 不同研究者提出的AN在奥氏体中的平衡固溶度积 出最多的温度区间.将不同温度下析出5%、95%沉淀 计算公式，傅杰等四根据实际析出量与计算析出量差 量所需的时间连成曲线，即可得到PTT曲线，而将沉 别最小的原则，选用公式lg]·N]=0.73-6180/ 淀开始时间对温度求导，可得到该C曲线沉淀最快的 T作为AIN的平衡析出量计算公式，其中，[A]、 鼻子点温度，在此温度下保温较短的时间即可得到大 N]分别表示钢中铝元素和氮元素的质量分数，T表 量的微合金碳氮化物沉淀颗粒.根据关系式(7)， 示AIN的析出温度，K 沉淀开始（析出5%）至沉淀完成（析出95%）所需的 10 时间数量级ta.s/as仅与上式中时间的指数n有关， 10-2 gNF195-74001w 从而得出关系式(8). X=1-exp(-B"), (7) (8) 10 城A-N1.79-7184/T 项N-0736180VY 1g1=↓gh（1-0.95)-1.7664 【a.05仙 元lgn1-0.05)= n 10H N=6.40-143S6wT 在实际轧制过程中，析出物在奥氏体的行核沉淀 方式主要为位错线上的形核沉淀，且形核率迅速衰减 为零刀.此形核机制下，AN的析出量与温度和时间 的关系式为： 10 1000 1100 1200 130014001500 温度/K 1g=-1.28994-21gD+ 图9AN在奥氏体中固溶度积公式的比较 Fig.9 Comparison of solid solubility formula of AIN in austenite ox1±S+5E (9) kT 根据此公式计算的不同AI、N含量和AN析出温 式中：X为转变量；B为相应系数；t为转变时间，s.o~ 度的关系如图10，试验中A!质量分数波动范围为 asas分别为开始析出、析出量为5%和95%的时间工程科学学报，第 39 卷，第 11 期 图 8 射钉公式修正与模拟计算曲线的比较 Fig． 8 Comparison between modified formula of nail-shooting and simulation curve 足公式 d1，之后铸坯凝固加快，坯壳厚度变化满足公 式 d2 ． 所以在射钉试验时，射钉位置应尽量靠前，避开 拐点区，以提高计算准确性． 4 AlN 的析出控制 4. 1 AlN 的析出热力学 Q420C 钢中的铝可以细化晶粒，提高钢的强度和 韧性，但 AlN 在奥氏体晶界的析出增加了铸坯裂纹的 敏感性，因此控制连铸过程中 AlN 的析出和加热过程 中 AlN 的溶解对提高轧材表面质量至关重要． 图 9 为 不同研究者提出的 AlN 在奥氏体中的平衡固溶度积 计算公式，傅杰等［15］根据实际析出量与计算析出量差 别最小的原则，选用公式 lg［Al］·［N］= 0. 73 － 6180 / TAlN作为 AlN 的 平 衡 析 出 量 计 算 公 式，其 中，［Al］、 ［N］分别表示钢中铝元素和氮元素的质量分数，TAlN表 示 AlN 的析出温度，K． 图 9 AlN 在奥氏体中固溶度积公式的比较 Fig． 9 Comparison of solid solubility formula of AlN in austenite 根据此公式计算的不同 Al、N 含量和 AlN 析出温 度的 关 系 如 图 10，试 验 中 Al 质 量 分 数 波 动 范 围 为 0. 017% ～ 0. 022%，N 质量分数的波动范围为 0. 006% ～ 0. 012% ，据图可知 AlN 的析出温度在 1028 ～ 1164 ℃ 范围内波动． 因此，对于连铸过程，应避免或推迟矫直 区进入 AlN 析出“窗口”，对于轧制过程，应调整好加 热炉均热温度在 1160 ～ 1200 ℃，使开轧前 AlN 充分固 溶，并促进第二相质点的溶解． 图 10 不同 Al、N 质量分数与 AlN 析出温度的关系 Fig． 10 Ｒelationship between different Al，N content and precipita￾tion temperature of AlN 4. 2 AlN 的析出动力学 连铸凝固冷却过程中，由于 AlN 容易进行非平衡 析出，奥氏体中 AlN 的形核较快，故在此主要考虑轧制 过程中的 AlN 析出动力学． 从 AlN 一般 C 形析出动力 学曲线可以看出，在给定的析出时间内，存在着 AlN 析 出最多的温度区间． 将不同温度下析出 5% 、95% 沉淀 量所需的时间连成曲线，即可得到 PTT 曲线，而将沉 淀开始时间对温度求导，可得到该 C 曲线沉淀最快的 鼻子点温度，在此温度下保温较短的时间即可得到大 量的微合金碳氮化物沉淀颗粒［16］． 根据关系式( 7) ， 沉淀开始( 析出 5% ) 至沉淀完成( 析出 95% ) 所需的 时间数量级 t0. 95 /t0. 05 仅与上式中时间的指数 n 有关， 从而得出关系式( 8) ． X = 1 － exp( － Btn ) ， ( 7) lg t0. 95da t0. 05da = 1 n lg ln( 1 － 0. 95) ln( 1 － 0. 05) = 1. 7664 n ． ( 8) 在实际轧制过程中，析出物在奥氏体的行核沉淀 方式主要为位错线上的形核沉淀，且形核率迅速衰减 为零［17］． 此形核机制下，AlN 的析出量与温度和时间 的关系式为: lg t0. 05da t0da = － 1. 28994 － 2lgD* d + 1 ln10 × ( 1 + β) 3 /2 ΔG* + 5 /3E kT ． ( 9) 式中: X 为转变量; B 为相应系数; t 为转变时间，s． t0da、 t0. 05da、t0. 95da分别为开始析出、析出量为 5% 和 95% 的时间 · 6661 ·