·32· 北京科技大学学报 第36卷 4150 am 图5试样3的裂纹附近组织.(a)横截面：(b)纵截面 Fig.5 Microstructure near cracks of Sample 3:(a)transverse section:(b)longitudinal section 振痕深处的裂纹也较多：而Harada等回对连铸表面 以及边缘裂纹处的侵蚀结果，图7(d)为(c)中裂纹 横裂纹的研究发现，振痕附近存在着明显的P偏 的放大图.在图7(b)振痕较深处，也发现有裂纹的 析，且裂纹周围的P含量达到了钢包中钢液P含量 存在，说明裂纹的形成与振痕有关.图7和图8中 的17倍.因此，采用场发射扫描电镜对试样1进行 出现的白色线条均为P偏析区域，可以发现裂纹均 了分析，结果如图6所示 沿着P偏析区域出现.没有裂纹的区域（图7(a)) 也没有发现P偏析线.因此，可以确定A105钢裂纹 的形成与P偏析有关 2.3残余元素Cu、As及Sn的实验研究 为了研究裂纹的形成是否与残余元素的偏聚有 关，采用场发射电镜对试样1裂纹内及裂纹周边残 余元素的含量进行了能谱分析，结果如图9示 由图9可以发现，裂纹内部的点1与点2的残 余元素Cu、As及Sn的含量均高于基体上的点3. 所以，残余元素在裂纹内部存在着一定程度的富集 1m经 2.4AIN实验研究 位置 0 Si P Mn Fe 为了研究裂纹的形成是否与纳米颗粒AN的 1 4.74 0.95 1.42 92.89 析出有关，本研究采用Thermo-Cale热力学计算软件 2 3.89 0.70 95.41 对表1成分的A105钢在400~1600℃的主要析出 3 11.69 0.92 2.60 3.49 81.30 相进行了计算，计算结果如图10所示.由图10可 4 10.82 2.07 1.33 2.29 83.49 以看出，平衡条件下，表1成分的A105钢是有AlN 0.75 99.25 析出的，析出温度为1050℃，最大析出摩尔分数为 注：“”表示该元素含量较低，未达到设备检出值，下同 0.00052 图6场发射能谱分析试样1的裂纹内及裂纹附近化学成分（质量 为了确定裂纹的形成是否与纳米颗粒AN有 分数) 关，将试样3标记处（即试样5）的裂纹掰开之后，观 Fig.6 Chemical composition in and near cracks of Sample I analyzed by 察裂纹内部的形貌，发现裂纹面呈现解理形貌，裂纹 field emission scanning electron microscopy (FESEM)equipped with en- 两侧形貌分别见图11(a)和(b).为了直观地观察 ergy dispersive spectrometry (EDS) 裂纹上是否有AN颗粒存在，采用场发射扫描电镜 由图6可以看出裂纹处（图中的点3）P含量偏 对掰开的试样3的两侧进行研究，结果两侧均未发 高，远离裂纹的点1、2和5处P含量较低，说明裂纹 现AlN质点的存在.因此，即使Thermo-Calc的计算 处P偏析较严重.为了观察试样的P偏析情况，采 结果表明表1成分的A105钢，在平衡条件下可以 用Oberhoffer试剂对该试样进行侵蚀，如图7所示. 析出AN,但实际过程中AIN并没有析出或析出量 此外还对试样2与试样4进行了侵蚀，结果如图8 很少，因此AN的析出造成该钢横裂的可能性 所示.图7(a)~(c)分别为无裂纹处、振痕较深处 较小.北 京 科 技 大 学 学 报 第 36 卷 图 5 试样 3 的裂纹附近组织． ( a) 横截面; ( b) 纵截面 Fig． 5 Microstructure near cracks of Sample 3: ( a) transverse section; ( b) longitudinal section 振痕深处的裂纹也较多; 而 Harada 等［2］对连铸表面 横裂纹的研究发现，振痕附近存在着明显的 P 偏 析，且裂纹周围的 P 含量达到了钢包中钢液 P 含量 的 17 倍． 因此，采用场发射扫描电镜对试样 1 进行 了分析，结果如图 6 所示． 位置 O Si P Mn Fe 1 4. 74 0. 95 — 1. 42 92. 89 2 3. 89 0. 70 — — 95. 41 3 11. 69 0. 92 2. 60 3. 49 81. 30 4 10. 82 2. 07 1. 33 2. 29 83. 49 5 — 0. 75 — — 99. 25 注: “—”表示该元素含量较低，未达到设备检出值，下同． 图 6 场发射能谱分析试样 1 的裂纹内及裂纹附近化学成分( 质量 分数) Fig． 6 Chemical composition in and near cracks of Sample 1 analyzed by field emission scanning electron microscopy ( FESEM) equipped with en￾ergy dispersive spectrometry ( EDS) 由图 6 可以看出裂纹处( 图中的点 3) P 含量偏 高，远离裂纹的点 1、2 和 5 处 P 含量较低，说明裂纹 处 P 偏析较严重． 为了观察试样的 P 偏析情况，采 用 Oberhoffer 试剂对该试样进行侵蚀，如图 7 所示． 此外还对试样 2 与试样 4 进行了侵蚀，结果如图 8 所示． 图 7( a) ～ ( c) 分别为无裂纹处、振痕较深处 以及边缘裂纹处的侵蚀结果，图 7( d) 为( c) 中裂纹 的放大图． 在图 7( b) 振痕较深处，也发现有裂纹的 存在，说明裂纹的形成与振痕有关． 图 7 和图 8 中 出现的白色线条均为 P 偏析区域，可以发现裂纹均 沿着 P 偏析区域出现． 没有裂纹的区域( 图 7( a) ) 也没有发现 P 偏析线． 因此，可以确定 A105 钢裂纹 的形成与 P 偏析有关． 2. 3 残余元素 Cu、As 及 Sn 的实验研究 为了研究裂纹的形成是否与残余元素的偏聚有 关，采用场发射电镜对试样 1 裂纹内及裂纹周边残 余元素的含量进行了能谱分析，结果如图 9 示． 由图 9 可以发现，裂纹内部的点 1 与点 2 的残 余元素 Cu、As 及 Sn 的含量均高于基体上的点 3． 所以，残余元素在裂纹内部存在着一定程度的富集． 2. 4 AlN 实验研究 为了研究裂纹的形成是否与纳米颗粒 AlN 的 析出有关，本研究采用 Thermo-Calc 热力学计算软件 对表 1 成分的 A105 钢在 400 ～ 1600 ℃ 的主要析出 相进行了计算，计算结果如图 10 所示． 由图 10 可 以看出，平衡条件下，表 1 成分的 A105 钢是有 AlN 析出的，析出温度为 1050 ℃，最大析出摩尔分数为 0. 00052． 为了确定裂纹的形成是否与纳米颗粒 AlN 有 关，将试样 3 标记处( 即试样 5) 的裂纹掰开之后，观 察裂纹内部的形貌，发现裂纹面呈现解理形貌，裂纹 两侧形貌分别见图 11( a) 和( b) ． 为了直观地观察 裂纹上是否有 AlN 颗粒存在，采用场发射扫描电镜 对掰开的试样 3 的两侧进行研究，结果两侧均未发 现 AlN 质点的存在． 因此，即使 Thermo-Calc 的计算 结果表明表 1 成分的 A105 钢，在平衡条件下可以 析出 AlN，但实际过程中 AlN 并没有析出或析出量 很少，因 此 AlN 的析出造成该钢横裂的可能性 较小． ·32·