Vol.28 No.9 向嵩等：低碳钢碳氮析出物的热力学计算 ·821。 面证明了模型的正确性， 1.01L109 10-2 0.8 10-3 0.6 0.4 10 0.2 86o 10- d 800 1000120014001600 600 8001000120014001600 T/℃ Tm℃ 1.lig,2.lig+bee,3.bec,4.bec+fcc,5.fec,6.fce+MnS,7.fce+fcc #2+MnS,8.fee+foc #2+MnS+AIN,9.fcc+fce #2+MnS +A IN+bce,10.fcc+fce#2+MnS+A IN+bee+cem,11.fec#2+MnS+AIN+bce+cem 图2相的平衡摩尔分数(a)及它的局部放大图(b) Fig.2 Equilibrium molar fractions of phases (a)and its local magnification (b) 2.2SP过程中的应用 的MS和AN的析出温度分别是1440℃和 材料热力学的目的就是研究材料相和组织的 1010℃，最大的体积分数分别为418×104和 组成规律.将热力学的计算结果用于理解和解释 3.1×104. CSP过程的治金现象以指导生产.计算结果表明 MnS,Ti(CxN-x)和AN在平衡态下的最大摩 参考文献 尔分数分别为418×104,2315×105和3.1X [I]Adrian H.Themmodynamie model for precipitation of carbori- trides in high strength bw alloy steels containing up to three 104.析出物的数量及分布对细化晶粒和提高钢 micmalloying ekments with or without additions of alumini- 的强度起着重要作用.析出的Mns和AlN的摩 um.Mater Sci Technol.1992.8(5):406 尔分数比Ti(CxN一)大一个数量级，可以说明 [2]Speer JG.Michael J R.Hansen S S.Catbonitride precipita 在含微Ti的低合金钢中对强度有很大作用的析 tion in niobium/vanadium microalloyed steels Metall Trans 出物是MnS19和AN.己有的研究表明9在 1987,18A211 [3 Rios P R.Method for the determination of mole fraction and 铁素体晶界处存在细小的、分散的MnS以及基体 composition of a multicom ponent f.c.c.cadbonitride.Mater 中存在AN,尺寸大小分别为100~300nm和50 SciEng.1991.142A:87 ~100nm.这在一定程度上与模型的计算结果一 [4 Gao N,Baker T N.Influence of AIN precipitation on thermo- 致.此外，有研究表明AN在浇铸过程中析出并 dy namic parameters in CA-V-N micmoalloyed steels.ISIJ 且在1173~1273K的均热温度下几乎不发生溶 1nt1997,37(6:596 解1⑧.模型的计算结果在另一个侧面解释了该 [5]Liu W J.Jonas JJ.Cakuhtion of the Ti(C,NTiCz M rS-austenite equilbrium in Ti-bearing steels.Metall Trans. 实验结果.这些细小的析出物在铁素体形核过程 1989,20A(8):1361 中起着形核核心、细化晶粒的作用.由于CSP工 [6 Vedari M,Mannucci A.Effect of Titanium addition on pre 艺的复杂性，很难在实验室在线模拟CSP生产的 cipitate and microstructural contmol in C-M n micralloyed 全过程.到目前为止，给定温度下相同工艺的同 steek.1 SIJ Int,2002,42(12):1520 类数据都很难找到. 【7)田乃媛.薄板坯连铸连轧.北京：治金工业出版社，2004 [8 Kang Y L.Yu H.Fu J.ct al Morphobgy and precipitation 3结论 kinetics of AIN in hot strip of low carbon steel produced by compact strip production.Mater Sci Eng.2003.351 A:265 就Fe一Mn-Ti-Al-C-N-S系建立了 [9 Liu D L Wang Y L.Huo X D.et al Elctmn micmoscopic Ti(CxN1-x)一AIN一MnS共同存在于奥氏体的析 study on nanoscaled precipitation in low carbon steels.J Chin Electr Microsc Soc.2002.21(3):283 出物热力学模型.该模型用来预测低碳钢中析出 10 Liu DL Huo X D,Wang YL,et al.Aspects of micrstmuc- 物的开始析出温度、最大体积分数以及奥氏体的 ture in low carbon steels producedby CSP process.J Univ Sci 平衡成分.结果表明对钢组织、性能有显著作用 Technol Beijing.200B.10(4):1面证明了模型的正确性. 1.liq, 2.liq+bcc, 3.bcc, 4.bcc+f cc, 5.fcc, 6.f cc+MnS, 7.fcc +fcc #2+MnS , 8.f cc+f cc#2 +MnS+AlN, 9.f cc +fcc #2+MnS +AlN +bcc, 10.fcc+f cc#2+MnS+AlN +bcc+cem, 11.fcc#2+MnS+AlN +bcc+cem 图 2 相的平衡摩尔分数( a) 及它的局部放大图( b) Fig.2 Equilibrium molar fractions of phases ( a) and its local magnification ( b) 2.2 CSP过程中的应用 材料热力学的目的就是研究材料相和组织的 组成规律 .将热力学的计算结果用于理解和解释 CSP 过程的冶金现象以指导生产 .计算结果表明 M nS, Ti( C xN1-x ) 和 AlN 在平衡态下的最大摩 尔分数分别为 4.18 ×10 -4 , 2.315 ×10 -5和3.1 × 10 -4 .析出物的数量及分布对细化晶粒和提高钢 的强度起着重要作用 .析出的 MnS 和 AlN 的摩 尔分数比 Ti( C xN1-x ) 大一个数量级, 可以说明 在含微 Ti 的低合金钢中对强度有很大作用的析 出物是 M nS [ 16] 和 AlN [ 17] .已有的研究表明 [ 8] 在 铁素体晶界处存在细小的 、分散的 M nS 以及基体 中存在 AlN, 尺寸大小分别为 100 ～ 300 nm 和 50 ～ 100 nm .这在一定程度上与模型的计算结果一 致.此外, 有研究表明 AlN 在浇铸过程中析出并 且在 1 173 ～ 1 273 K 的均热温度下几乎不发生溶 解[ 18] .模型的计算结果在另一个侧面解释了该 实验结果 .这些细小的析出物在铁素体形核过程 中起着形核核心 、细化晶粒的作用 .由于 CSP 工 艺的复杂性, 很难在实验室在线模拟 CSP 生产的 全过程.到目前为止, 给定温度下相同工艺的同 类数据都很难找到. 3 结论 就 Fe -M n -Ti -Al -C -N -S 系 建立了 Ti( CxN1 -x ) -AlN -M nS 共同存在于奥氏体的析 出物热力学模型 .该模型用来预测低碳钢中析出 物的开始析出温度 、最大体积分数以及奥氏体的 平衡成分.结果表明对钢组织、性能有显著作用 的 M nS 和 AlN 的析出温度分别是 1 440 ℃ 和 1 010 ℃,最大的体积分数分别为 4.18 ×10 -4和 3.1 ×10 -4 . 参 考 文 献 [ 1] Adrian H .Thermodynamic model f or precipitation of carboni￾trides in high strength low alloy steels cont aining up to three microalloying elements w ith or withou t additions of alumini￾um .Mater Sci Technol, 1992, 8( 5) :406 [ 2] S peer J G, Michael J R, Hansen S S .Carbonitride precipita￾tion in niobium/ vanadium microalloyed st eels.Metall Trans, 1987, 18A:211 [ 3] Rios P R.Method f or the det ermination of mole fraction and composition of a multicom ponent f .c.c.carbonitride .Mater Sci Eng, 1991, 142A:87 [ 4] Gao N, Baker T N .Influence of AlN precipitation on thermo￾dynamic parameters in C-Al-V-N microalloyed steels.ISIJ Int, 1997, 37( 6) :596 [ 5] Liu W J .Jonas J J.Calculation of the Ti(C yN1-y )-Ti 4C 2 S 2- M nS-aust enit e equilib rium in Ti-bearing steels.Metall Trans, 1989, 20A( 8) :1361 [ 6] Vedani M , Mannucci A.Effect of Titanium addition on pre￾cipit at e and microstructural control in C -M n microalloyed st eels.ISIJ Int, 2002, 42( 12) :1520 [ 7] 田乃媛.薄板坯连铸连轧.北京:冶金工业出版社, 2004 [ 8] Kang Y L, Yu H, Fu J, et al.Morphology and precipitation kinetics of AlN in hot strip of low carbon st eel produced by compact strip production.Mater Sci Eng, 2003, 351 A :265 [ 9] Liu D L, Wang Y L, Huo X D, et al.Electron microscopic study on nano-scaled precipit ation in low carbon steels.J Chin El ectr Microsc Soc, 2002, 21( 3) :283 [ 10] Liu D L, Huo X D, Wang Y L, et al.Aspects of microstruc￾ture in low carbon steels produced by CSP process.J Univ Sci Technol Beijing, 2003, 10( 4) :1 Vol.28 No.9 向 嵩等:低碳钢碳氮析出物的热力学计算 · 821 ·