D01:10.133745.issn1001-t5.2010.02.020 第32卷第2期 北京科技大学学报 Vol 32 No 2 2010年2月 Journal of Un iversity of Science and Technobgy Beijing Feb 2010 钢液非均质形核触媒效用的点阵错配度理论 潘宁)宋波)翟启杰)文彬) 1)北京科技大学治金与生态工程学院，北京100083 2)上海大学材料科学与工程学院，上海200072 摘要对钢液凝固温度下各种化合物基底与钢液凝固形核相（ò-F和Y-Fε）的二维错配度进行了计算，并对点阵错配度与 钢液非均质形核触媒效用的关系进行了分析和讨论.结果表明：基底与形核相的错配度ò越小，越有利于非均质形核.凝固过 冷度的对数与基底和形核相的二维错配度近似呈线性关系。基底与形核相的错配度<%，非均质形核效用显著， 关键词钢液；非均质形核；错配度：过冷度 分类号TG111.4 E ffect of lattice disregistry on the heterogeneous nucleation catalysis of liqu id steel PAN N ing,SONG Bo,ZHAIQi-jie,WEN Bin) 1)School of Metalluggical and Ecological Engineering University of Science and Technobgy Beijng Beijng 100083 Chna 2)School of Materials Science and Engneering ShanghaiUniversity Shanghai200072 China A BSTRACT Planar disregistries between various substrates and nucleated phases during liquid steel solid ification were calculated The relation beteen lattice disregistry and heterogeneous nucleation catalysis of liquid steel was analyzed The results show that the saller the disregistry is the more effective the substrate is for pmmoting nucleation The logarithm of undercooling is appmoxinately lnear with the disregistry between the substrate and the nucleated phase A substrate is presumed as the highly effective nucleus for prmoting nucleation if the disregistry beteen the substrate and the nucleated phase is lwer than8. K EY WORDS liqquid steel heterogeneous nucleation disregistry undercooling 钢液中存在的固态化合物基底可以作为钢液凝 的关系进行了分析和讨论. 固时初生铁素体相或初生奥氏体相的形核核心，促 进钢液非均质形核，从而实现凝固组织的晶粒细化， 1理论背景 B ram fitt首先提出二维错配度理论以表征化合物基 从本质上说，非均质形核的效用取决于基底与 底促进钢液非均质形核的能力，之后又陆续有学者 形核相之间的界面能，界面能越小，越有利于非均 使用二维错配度理论对一些化合物进行计算，然 质形核，影响界面能的因素包括基底与形核相的化 而，对于各种常见化合物（碳化物、氮化物、氧化物 学性质、基底与形核相的表面形态、基底与形核相之 和硫化物)与钢液凝固形核相(-Fe和Y-Fe)之间 间的静电势以及基底与形核相之间的点阵错配度， 的二维错配度，一直没有系统的计算与讨论，本文 基底与形核相之间的界面能可用下式表示： 对钢液凝固温度(1500℃)下各种化合物基底与钢 y=y。+Ya+y. (1) 液凝固形核相的二维错配度进行了计算，并对点阵 式中，Y为基底与形核相之间的界面能，Y为基底与 错配度与化合物基底对于钢液非均质形核触媒效用 形核相界面形成新键的能量变化，Y为基底与形核 收稿日期：200905-31 基金项目：国家自然科学基金资助项目(N。50734008) 作者简介：潘宁(1980>男，博士研究生；宋波(1963男，教授，博士生导师，E mail songbe@metall ust c:cm第 32卷 第 2期 2010年 2月 北 京 科 技 大 学 学 报 ＪｏｕｒｎａｌｏｆＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＢｅｉｊｉｎｇ Ｖｏｌ．32Ｎｏ．2 Ｆｅｂ．2010 钢液非均质形核触媒效用的点阵错配度理论 潘 宁 1） 宋 波 1） 翟启杰 2） 文 彬 1） 1） 北京科技大学冶金与生态工程学院‚北京 100083 2） 上海大学材料科学与工程学院‚上海 200072 摘 要 对钢液凝固温度下各种化合物基底与钢液凝固形核相 （δ--Ｆｅ和 γ--Ｆｅ）的二维错配度进行了计算‚并对点阵错配度与 钢液非均质形核触媒效用的关系进行了分析和讨论．结果表明：基底与形核相的错配度 δ越小‚越有利于非均质形核．凝固过 冷度的对数与基底和形核相的二维错配度近似呈线性关系．基底与形核相的错配度 δ＜8％‚非均质形核效用显著． 关键词 钢液；非均质形核；错配度；过冷度 分类号 ＴＧ111∙4 Ｅｆｆｅｃｔｏｆｌａｔｔｉｃｅｄｉｓｒｅｇｉｓｔｒｙｏｎｔｈｅｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｏｕｓｎｕｃｌｅａｔｉｏｎｃａｔａｌｙｓｉｓｏｆｌｉｑｕｉｄ ｓｔｅｅｌ ＰＡＮＮｉｎｇ 1）‚ＳＯＮＧＢｏ 1）‚ＺＨＡＩＱｉ-ｊｉｅ 2）‚ＷＥＮＢｉｎ 1） 1） ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌａｎｄＥｃｏｌｏｇｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ‚ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＢｅｉｊｉｎｇ‚Ｂｅｉｊｉｎｇ100083‚Ｃｈｉｎａ 2） ＳｃｈｏｏｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ‚ＳｈａｎｇｈａｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ‚Ｓｈａｎｇｈａｉ200072‚Ｃｈｉｎａ ＡＢＳＴＲＡＣＴ Ｐｌａｎａｒｄｉｓｒｅｇｉｓｔｒｉｅｓｂｅｔｗｅｅｎｖａｒｉｏｕｓｓｕｂｓｔｒａｔｅｓａｎｄｎｕｃｌｅａｔｅｄｐｈａｓｅｓｄｕｒｉｎｇｌｉｑｕｉｄｓｔｅｅｌｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｗｅｒｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄ． Ｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｌａｔｔｉｃｅｄｉｓｒｅｇｉｓｔｒｙａｎｄｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｏｕｓｎｕｃｌｅａｔｉｏｎｃａｔａｌｙｓｉｓｏｆｌｉｑｕｉｄｓｔｅｅｌｗａｓａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅ ｓｍａｌｌｅｒｔｈｅｄｉｓｒｅｇｉｓｔｒｙｉｓ‚ｔｈｅｍｏｒｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅｔｈｅｓｕｂｓｔｒａｔｅｉｓｆｏｒｐｒｏｍｏｔｉｎｇｎｕｃｌｅａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｌｏｇａｒｉｔｈｍｏｆｕｎｄｅｒｃｏｏｌｉｎｇｉｓａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ ｌｉｎｅａｒｗｉｔｈｔｈｅｄｉｓｒｅｇｉｓｔｒｙｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｓｕｂｓｔｒａｔｅａｎｄｔｈｅｎｕｃｌｅａｔｅｄｐｈａｓｅ．Ａｓｕｂｓｔｒａｔｅｉｓｐｒｅｓｕｍｅｄａｓｔｈｅｈｉｇｈｌｙｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｕｃｌｅｕｓｆｏｒ ｐｒｏｍｏｔｉｎｇｎｕｃｌｅａｔｉｏｎｉｆｔｈｅｄｉｓｒｅｇｉｓｔｒｙｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｓｕｂｓｔｒａｔｅａｎｄｔｈｅｎｕｃｌｅａｔｅｄｐｈａｓｅｉｓｌｏｗｅｒｔｈａｎ8％． ＫＥＹＷＯＲＤＳ ｌｉｑｕｉｄｓｔｅｅｌ；ｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｏｕｓｎｕｃｌｅａｔｉｏｎ；ｄｉｓｒｅｇｉｓｔｒｙ；ｕｎｄｅｒｃｏｏｌｉｎｇ 收稿日期：2009--05--31 基金项目：国家自然科学基金资助项目 （Ｎｏ．50734008） 作者简介：潘 宁 （1980— ）‚男‚博士研究生；宋 波 （1963— ）‚男‚教授‚博士生导师‚Ｅ-ｍａｉｌ：ｓｏｎｇｂｏ＠ｍｅｔａｌｌ．ｕｓｔｂ．ｅｄｕ．ｃｎ 钢液中存在的固态化合物基底可以作为钢液凝 固时初生铁素体相或初生奥氏体相的形核核心‚促 进钢液非均质形核‚从而实现凝固组织的晶粒细化． Ｂｒａｍｆｉｔｔ首先提出二维错配度理论以表征化合物基 底促进钢液非均质形核的能力‚之后又陆续有学者 使用二维错配度理论对一些化合物进行计算．然 而‚对于各种常见化合物 （碳化物、氮化物、氧化物 和硫化物 ）与钢液凝固形核相 （δ--Ｆｅ和 γ--Ｆｅ）之间 的二维错配度‚一直没有系统的计算与讨论．本文 对钢液凝固温度 （1500℃ ）下各种化合物基底与钢 液凝固形核相的二维错配度进行了计算‚并对点阵 错配度与化合物基底对于钢液非均质形核触媒效用 的关系进行了分析和讨论． 1 理论背景 从本质上说‚非均质形核的效用取决于基底与 形核相之间的界面能．界面能越小‚越有利于非均 质形核．影响界面能的因素包括基底与形核相的化 学性质、基底与形核相的表面形态、基底与形核相之 间的静电势以及基底与形核相之间的点阵错配度． 基底与形核相之间的界面能可用下式表示： γ＝γｃ＋γｄ＋γｅ （1） 式中‚γ为基底与形核相之间的界面能‚γｃ为基底与 形核相界面形成新键的能量变化‚γｄ为基底与形核 DOI :10．13374／j．issn1001－053x．2010．02．020