·1010 北京科技大学学报 第35卷 (a) (b) (c) (d) 2.5m 2.5m 2.5wm 2.5m (e) () (g) (h) 2.5um 2.5m 2.5m 2.5 析出相成分/% 图号 类型 尺寸/m 0 Al N Mn S Si Fe (a) AIN 3.5 55.50 21.87 1.52 0.97 20.13 (b) MnS 2.5 41.14 20.61 0.36 37.90 (c,1 23.48 17.83 11.97 0.62 46.09 (c),2 AIN-MnS 3.0 58.21 24.40 1.17 0.84 一 15.38 (d),1 17.16 37.47 12.40 7.82 0.31 24.85 (d,2 Al2O3-MnS 3.0 7.83 36.12 19.94 36.12 (e) Al2O3-AIN-MnS 2.5 2.95 28.97 10.49 9.43 6.77 0.37 41.01 () Al2O3-AIN 5.0 16.18 44.02 19.45 0.56 19.78 (g) MnS 2.5 9.19 6.39 0.93 83.49 ) MnS 0.5 40.87 21.70 0.38 37.05 图3实验钢中典型析出相的形貌及能谱分析结果 Fig.3 Morphologies and EDS analysis results of typical precipitated phases in the steel 2.3热装温度对钢中析出相数量和尺寸以及晶粒 0.22%,w(Si)为1.15%.Fiedler的研究结果13)也表 尺寸的影响 明，钢中Mn含量越高，MnS的固溶度积越大；Si 2.3.1热装温度对钢中析出相数量和尺寸的影响 含量越低，S的活度系数越小，S的固溶度越大.因 不同热装温度下，各析出相的数量、平均尺寸 此，950℃以下，本实验坯中MnS的实际固溶量和 及AN和MS析出体积分数的实验统计结果如图 公式计算值有所差别，而MS的实际固溶量可能 4和表2所示，可以得出以下结果： 更满足某个固溶度积公式.通过把表2中热装温度 (1)在500~1350℃温度范围内，实验统计结果 分别为950、850、600和500℃的实验坯中MnS的 (表2)与热力学计算结果（表1）具有很好的一致性. 实际固溶量和其对应温度按照式(1)进行非线性拟 (2)低于950℃热装时，铸坯中A1N的总析出 合，见图5，得到950℃以下本实验坯中MnS的固 量（含纯相和复合相）和尺寸已不再变化，但是MS 溶度积公式 和AIN-MnS的析出数量及平均尺寸则随着热装温 (3)低于600℃热装时，铸坯中的析出相总个 度降低而进一步增加，并在温度低于600℃时达到 数为4.5mm-2,AlN、MnS和AlN-MnS复合相的 最大值后保持不变.其主要原因是低于950℃时，在 平均尺寸分别为1.5、1.5和2.4um 铁素体中仍有少量MnS析出，并且已析出的MnS 和AlN-MnS复合相发生了聚集长大，此结果与图 23.2热装温度对晶粒尺寸的影响 2(b)中MnS在950℃以下不再析出的计算结果有 不同热装温度下八组试样的平均晶粒尺寸如 所不同.据文献[10]报道，式(6)适用于计算温度 图6(a)和图7所示.可以看出：随着热装温度的 为12701670K,w(Mn)为0.1%，w(Si)为3%的硅 降低，平均晶品粒尺寸先减小后增大，在950℃时铸 铁合金中MnS的固溶度，而本实验坯的w(Mn)为 坯的平均晶粒尺寸最小.· 1010 · 北 京 科 技 大 学 学 报 第 35 卷 图号 类型 尺寸/µm 析出相成分/% O Al N Mn S Si Fe (a) AlN 3.5 — 55.50 21.87 1.52 0.97 — 20.13 (b) MnS 2.5 — — — 41.14 20.61 0.36 37.90 (c), 1 AlN-MnS 3.0 — 23.48 — 17.83 11.97 0.62 46.09 (c), 2 — 58.21 24.40 1.17 0.84 — 15.38 (d), 1 Al2O3-MnS 3.0 17. 16 37.47 — 12.40 7.82 0.31 24.85 (d), 2 — 7.83 — 36.12 19.94 — 36.12 (e) Al2O3-AlN-MnS 2.5 2.95 28.97 10.49 9.43 6.77 0.37 41.01 (f) Al2O3-AlN 5.0 16.18 44.02 19.45 — — 0.56 19.78 (g) MnS 2.5 — — — 9.19 6.39 0.93 83.49 (h) MnS 0.5 — — — 40.87 21.70 0.38 37.05 图 3 实验钢中典型析出相的形貌及能谱分析结果 Fig.3 Morphologies and EDS analysis results of typical precipitated phases in the steel 2.3 热装温度对钢中析出相数量和尺寸以及晶粒 尺寸的影响 2.3.1 热装温度对钢中析出相数量和尺寸的影响 不同热装温度下，各析出相的数量、平均尺寸 及 AlN 和 MnS 析出体积分数的实验统计结果如图 4 和表 2 所示，可以得出以下结果： (1) 在 500∼1350 ℃温度范围内，实验统计结果 (表 2) 与热力学计算结果 (表 1) 具有很好的一致性. (2) 低于 950 ℃热装时，铸坯中 AlN 的总析出 量 (含纯相和复合相) 和尺寸已不再变化，但是 MnS 和 AlN-MnS 的析出数量及平均尺寸则随着热装温 度降低而进一步增加，并在温度低于 600 ℃时达到 最大值后保持不变. 其主要原因是低于 950 ℃时，在 铁素体中仍有少量 MnS 析出，并且已析出的 MnS 和 AlN-MnS 复合相发生了聚集长大，此结果与图 2(b) 中 MnS 在 950 ℃以下不再析出的计算结果有 所不同. 据文献 [10] 报道，式 (6) 适用于计算温度 为 1270∼1670 K，w(Mn) 为 0.1%，w(Si) 为 3%的硅 铁合金中 MnS 的固溶度，而本实验坯的 w(Mn) 为 0.22%，w(Si) 为 1.15%. Fiedler 的研究结果[13] 也表 明，钢中 Mn 含量越高，MnS 的固溶度积越大；Si 含量越低，S 的活度系数越小，S 的固溶度越大. 因 此，950 ℃以下，本实验坯中 MnS 的实际固溶量和 公式计算值有所差别，而 MnS 的实际固溶量可能 更满足某个固溶度积公式. 通过把表 2 中热装温度 分别为 950、850、600 和 500 ℃的实验坯中 MnS 的 实际固溶量和其对应温度按照式 (1) 进行非线性拟 合，见图 5，得到 950 ℃以下本实验坯中 MnS 的固 溶度积公式. (3) 低于 600 ℃热装时，铸坯中的析出相总个 数为 4.5 mm−2，AlN、MnS 和 AlN-MnS 复合相的 平均尺寸分别为 1.5、1.5 和 2.4 µm. 2.3.2 热装温度对晶粒尺寸的影响 不同热装温度下八组试样的平均晶粒尺寸如 图 6(a) 和图 7 所示. 可以看出：随着热装温度的 降低，平均晶粒尺寸先减小后增大，在 950 ℃时铸 坯的平均晶粒尺寸最小