Fe-Mn-Al-C低密度钢中AlN夹杂物的聚集与吞噬行为

作者：曹磊; 郭宇航; 王国承^*; 魏建峰; 鹿超超

来源：钢铁, 2023, 1-12.

DOI：10.13228/j.boyuan.issn0449-749x.20230357

• Fe-Mn-Al-C低密度钢
• AlN夹杂物
• 聚集
• 腔桥
• 自由能变化
• 临界距离

Fe-Mn-Al-C低密度钢中聚集长大的AlN夹杂物对钢质量有严重影响。通过高温共聚焦激光扫描显微镜结合场发射扫描电子显微镜对Fe-Mn-Al-C低密度钢液态及凝固过程中AlN夹杂物演变行为进行原位观察。发现AlN夹杂物在液态钢中发生聚集现象，形成尺寸较大的多颗粒聚集型AlN夹杂物；在随后的降温凝固过程中聚集型AlN夹杂向液-固界面靠近并被液-固界面前沿推动；随着液相量的减少，聚集型AlN夹杂物最终被固相吞噬。为了明晰聚集机理，由于观察的大部分单颗粒AlN半径为1～10μm，通过受力分析计算了钢液中半径为1～10μm的AlN夹杂物的黏性阻力和夹杂物之间的腔桥力大小。发现腔桥力远大于黏性阻力，腔桥力是导致AlN夹杂物聚集的主要作用力。基于腔桥力理论进一步分析了腔桥形成的总自由能变化，以2个半径均为8μm的单颗粒AlN夹杂物为例，计算了腔桥形成的总自由能变化，发现2个AlN夹杂物之间形成稳定腔桥的临界距离dc 为1.5μm ；当2个AlN夹杂物之间的距离d大于 dc时，AlN夹杂聚集过程的总自由能变化大于0，不会形成稳定腔桥；当d 小于 dc时，聚集过程的总自由能变化小于0，AlN夹杂物之间可以形成稳定的腔桥从而发生聚集。试验观察和液-固界面处夹杂物受力平衡计算发现，范德瓦尔兹力对凝固过程中的AlN夹杂物运动起到关键的作用。AlN夹杂物先被液-固界面前沿推动，随着温度降低和液相量减少，AlN夹杂物最终被固相捕捉并吞噬。

• 出版日期2023
• 单位辽宁科技大学; 山东钢铁股份有限公司