。1142 北京科技大学学报 第32卷 w()的值，见表3同时，对每炉铸坯样在扫描电镜 控制在3.5×10以下、控制在3.1×10以下是 下随机观察200个夹杂物，并对每个观察到的夹杂 完全可以实现的.所以，防止车轮钢中纯TN夹杂 物进行能谱分析，从而可得到每炉铸坯样观察到的 的析出，理论上必须将车轮钢中T控制在3.5× 夹杂物中纯T陕杂所占的比例，见表3比较这三 10以下、控制在3.1×10以下. 炉钢铸坯中T的溶度积发现，它们的溶度积都小 0.010 于固相线能析出T夹杂的溶度积的下限值，因此 铸坯中的T夹杂不可能是凝固后析出的，只能是 0.008 在凝固过程析出的.同时还可发现，随着NT溶度 .6 2913396wTi)N)-32.18=0 积的增加，铸坯中析出的纯T也增加. ,8858Ti)+148971N)-77.95=0 表3铸坯中TN含量和纯TN夹杂百分比 0.004 0.0035,0.0031) Tab k3 Congents ofTi and N and percennage of pure TN ncusins in (0.0053.0.0021) 0.002 casting blanks wTi)/ wN)/ 炉次 wT)W9/所有夹杂物中纯 0.0020.0040.0060.0080.010 % % 10-5 TN的百分比 Ti)/% 第1炉00049000322 1.578 1371 图6车轮钢中不析出纯TN夹杂的NT诚分控制区间 第2炉000493000366 1.804 2057 Fg6 Contol sections of nitxgen and titanium components of no pure TN inclusion prec pitatian in wheel steel 第3炉000640000321.933 2400 表3中，用夹杂物中纯T的百分比对铸坯中 4结论 的N和T含量进行二元线性回归，得到式(18)，用 (1)通过计算得到了高速车轮钢的固相线温度 夹杂物中纯T的百分比对NT的溶度积w(T)· 为1652K和液相线温度为1759以及车轮钢中氮 w(N进行一元线性回归，得到式(19)，结果如下： 和钛的活度与活度系数分别为=0.0041马= T%=8858wT)+14897WN-77.95 0.0067=1.1687f=08364 (=0.99) (18) (2)热力学分析表明，高速车轮钢中T的生 T%=2913396wT)WN)-32.18 成反应只能在固相中进行；但是，在本车轮钢TN (=0.99) (19) 含量下，固相中也没有T生成的热力学条件，只有 由式(18)可知，钢中对纯T析出的影响系 在钢液凝固前沿，TN的富集使TN夹杂物的生 数是T对纯T析出的影响系数的1.68倍，因此， 成反应得以进行.因此减少甚至消除T夹杂物 降低钢中的氮含量更容易减少纯T的析出.当铸 析出，必须在控制钢中TN含量的同时，使钢液快 坯中不析出纯TN时，则式(18)和式(19)中的 速凝固，缩短钢液从液相线温度降到固相线温度的 T%=0得到如下两个方程： 时间，减少凝固前沿T,的富集. 8858wT)+14897WN-77.95=0(20) (3)现场试验和实验室实验研究表明，快速冷 2913396WT)wV-3218=0(21) 却有利于减少纯TN夹杂物析出的数量，减小纯 将方程(20)和方程(21)在以w(N)为纵坐标、 T夹杂析出的尺寸.因此，在生产中，在T含量 (Tj为横坐标的坐标系中作图（图6），得到两个 确定的情况下，可以通过适当提高连铸二冷的冷却 交点，这两个点即为由方程(20)和方程(21)组成的 速率来减少纯T夹杂的析出. 方程组的解.这两组解为 (4)要控制钢中T)N含量，首先必须严格控制 WTj=0.0053WV=0.0021 (22) 转炉和L精炼炉入炉原料及合金中的T含量.在 WTj=0.0035Wy=0.0031(23) 车轮钢正常生产时的铸坯冷却速率条件下，将钢中 由图6可知，在正常生产时的铸坯冷却速率条 T控制在3.5×10以下、控制在3.1×10以 件下，当钢中T控制在53×10或以下，控制在 下，理论上可以消除T夹杂物的析出，改善车轮钢 2.1×10或以下，或者T控制在3.5×10或以 的疲劳性能提高车轮的使用寿命， 下，控制在3.1×10或以下时，理论上可以消除 纯T夹杂物的析出.在实际钢铁生产中，钢中N 参考文献 控制在2.1X103以下是有困难的，但是将钢中Ti【)u J Zhu J Dil,,et al Sudy on he precp behavpr of北 京 科 技 大 学 学 报 第 32卷 w(N)的值, 见表 3.同时, 对每炉铸坯样在扫描电镜 下随机观察 200个夹杂物, 并对每个观察到的夹杂 物进行能谱分析, 从而可得到每炉铸坯样观察到的 夹杂物中纯 TiN夹杂所占的比例, 见表 3.比较这三 炉钢铸坯中 Ti、N的溶度积发现, 它们的溶度积都小 于固相线能析出 TiN夹杂的溶度积的下限值, 因此 铸坯中的 TiN夹杂不可能是凝固后析出的, 只能是 在凝固过程析出的.同时还可发现, 随着 N、Ti溶度 积的增加, 铸坯中析出的纯 TiN也增加. 表 3 铸坯中 Ti、N含量和纯 TiN夹杂百分比 Table3 ContentsofTiandNandpercentageofpureTiNinclusionsin castingblanks 炉次 w( Ti) / % w(N) / % w( Ti) w( N) / 10 -5 所有夹杂物中纯 TiN的百分比 第 1炉 0.004 90 0.003 22 1.578 13.71 第 2炉 0.004 93 0.003 66 1.804 20.57 第 3炉 0.006 40 0.003 02 1.933 24.00 表 3中, 用夹杂物中纯 TiN的百分比对铸坯中 的 N和 Ti含量进行二元线性回归, 得到式 ( 18), 用 夹杂物中纯 TiN的百分比对 N、Ti的溶度积 w(Ti)· w(N)进行一元线性回归, 得到式 ( 19), 结果如下 : TiN% =8 858w(Ti) +14 897w(N) -77.95 (r=0.99) ( 18) TiN% =2 913 396w(Ti)w( N) -32.18 (r=0.99) ( 19) 由式 ( 18)可知, 钢中 N对纯 TiN析出的影响系 数是 Ti对纯 TiN析出的影响系数的 1.68倍, 因此, 降低钢中的氮含量更容易减少纯 TiN的析出 .当铸 坯中不析出纯 TiN时, 则式 ( 18)和式 ( 19) 中的 TiN% =0, 得到如下两个方程: 8 858w(Ti) +14 897w(N) -77.95 =0 ( 20) 2 913 396w( Ti)w(N) -32.18 =0 ( 21) 将方程 ( 20)和方程 ( 21)在以 w( N)为纵坐标 、 w(Ti)为横坐标的坐标系中作图 (图 6), 得到两个 交点, 这两个点即为由方程 ( 20)和方程 ( 21)组成的 方程组的解 .这两组解为 w( Ti) =0.005 3, w( N) =0.002 1 ( 22) w( Ti) =0.003 5, w( N) =0.003 1 ( 23) 由图 6可知, 在正常生产时的铸坯冷却速率条 件下, 当钢中 Ti控制在 5.3 ×10 -5或以下, N控制在 2.1 ×10 -5或以下, 或者 Ti控制在 3.5 ×10 -5或以 下, N控制在 3.1 ×10 -5或以下时, 理论上可以消除 纯 TiN夹杂物的析出 .在实际钢铁生产中, 钢中 N 控制在 2.1 ×10 -5以下是有困难的, 但是将钢中 Ti 控制在 3.5 ×10 -5以下、N控制在 3.1 ×10 -5以下是 完全可以实现的 .所以, 防止车轮钢中纯 TiN夹杂 的析出, 理论上必须将车轮钢中 Ti控制在 3.5 × 10 -5以下、N控制在 3.1 ×10 -5以下. 图 6 车轮钢中不析出纯 TiN夹杂的 N、Ti成分控制区间 Fig.6 Controlsectionsofnitrogenandtitanium componentsofno pureTiNinclusionprecipitationinwheelsteel 4 结论 ( 1) 通过计算得到了高速车轮钢的固相线温度 为 1 652 K和液相线温度为 1 759 K以及车轮钢中氮 和钛的活度与活度系数分别为 aN =0.004 1, aTi = 0.006 7, fN =1.168 7, fTi=0.836 4. ( 2) 热力学分析表明, 高速车轮钢中 TiN的生 成反应只能在固相中进行;但是, 在本车轮钢 Ti、N 含量下, 固相中也没有 TiN生成的热力学条件, 只有 在钢液凝固前沿, Ti、N的富集, 使 TiN夹杂物的生 成反应得以进行 .因此, 减少甚至消除 TiN夹杂物 析出, 必须在控制钢中 Ti、N含量的同时, 使钢液快 速凝固, 缩短钢液从液相线温度降到固相线温度的 时间, 减少凝固前沿 Ti、N的富集 . ( 3) 现场试验和实验室实验研究表明, 快速冷 却有利于减少纯 TiN夹杂物析出的数量, 减小纯 TiN夹杂析出的尺寸.因此, 在生产中, 在 Ti、N含量 确定的情况下, 可以通过适当提高连铸二冷的冷却 速率来减少纯 TiN夹杂的析出 . ( 4) 要控制钢中 Ti、N含量, 首先必须严格控制 转炉和 LF精炼炉入炉原料及合金中的 Ti含量 .在 车轮钢正常生产时的铸坯冷却速率条件下, 将钢中 Ti控制在 3.5 ×10 -5以下、 N控制在 3.1 ×10 -5以 下, 理论上可以消除 TiN夹杂物的析出, 改善车轮钢 的疲劳性能, 提高车轮的使用寿命 . 参 考 文 献 [ 1] FuJ, ZhuJ, DiL, etal.Studyontheprecipitationbehaviorof · 1142·