。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 Relationshipbetweensulfidesareaandtemperature 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·