脉冲电流处理对钢液凝固过程中硫化物夹杂形核与长大作用机制的基础研究

To reduce the harm caused by sulfide inclusions formed during the solidification of molten steel and realize the effective use of the sulfide inclusions, some samples will be provided by water quenching method from electric current pulse (ECP) treated solidifying steel in this project. By the utilization of transmission electron microscopy (TEM), scanning transmission electron microscopy (STEM), scanning electron microscopy (SEM), electron backscatter diffraction (EBSD), and so on, the microstructures and crystallographic parameters of sulfide inclusions in the solidified samples will be determined. Moreover, the interfaces of sulfide inclusions and metal matrices will also be detected. Based on these results, the effect of ECP on the nucleation sites and their crystallographic orientations of sulfide inclusions will be analyzed, and the influence of ECP treatment on the morphology, size, distribution and quantity of sulfide inclusions will also be discussed. Consequently, the influence of ECP treatment on the nucleation and growth of sulfide inclusions will be comprehensively analyzed, and the mechanism of ECP treatment on the nucleation improvement and the growth inhabitation of sulfide inclusions will be studied, and a related nucleation and growth macro-kinetic model of sulfides inclusions formed during the solidification of molten steel under ECP treatment will be built.. The completion of this project will not only develop an efficient and practical method to reduce or eliminate the harm caused by sulfide inclusions formed during the solidification of molten steel, but also enrich the solidification theory under the treatment of ECP.

为降低钢液凝固过程中形成硫化物夹杂的危害，实现硫化物夹杂的有效利用，本申请将脉冲电流作用于钢液凝固过程中并采用水淬方法获得不同阶段的凝固试样，借助TEM、STEM、SEM和EBSD等方法考察凝固试样中硫化物夹杂的微观组织结构和晶体学参数，分析硫化物夹杂与金属基体的相界面特征，探究脉冲电流处理对凝固过程中硫化物夹杂形核位置和晶体学取向的影响，阐明脉冲电流处理对硫化物夹杂形态、尺寸、分布和数量的影响规律，综合分析脉冲电流处理对硫化物夹杂形核与长大的影响规律，揭示脉冲电流处理促进硫化物夹杂形核并抑制长大的作用机制及物理本质，构建脉冲电流作用下硫化物夹杂形核和长大的宏观动力学模型。. 该项目完成后取得的成果可望为降低或消除钢液凝固过程中形成硫化物夹杂的危害提供一种高效且简单易行的处理手段，同时丰富和完善脉冲电流作用下的凝固理论。

本申请项目全面系统的研究了不同参数的低密度脉冲电流作用对钢中硫化锰的析出行为的影响，并对影响硫化锰夹杂物形核和长大的机制进行了详细阐述。结果表明，在低硫304不锈钢熔体中施加脉冲电流处理后，硫化锰夹杂物的形貌和分布没有发生明显的变化，而夹杂物的尺寸随着脉冲电流密度的增大而减小；施加脉冲电流至304不锈钢硫化锰析出温度点的样品中，夹杂物中白色析出相的数量随着脉冲电流强度的增大而减少；施加脉冲至304不锈钢固相线的样品中，硫化锰呈链状形式在晶界间相处，并且随着脉冲电流密度的增大，链状硫化锰的聚集程度明显减小，单个硫化锰夹杂物的尺寸也明显变小；并且脉冲电流抑制了硫化锰在氧化物表面形核，硫化锰包裹氧化物的氧硫复合夹杂物的数量明显变少。研究发现在熔体阶段和硫化锰析出阶段施加脉冲电流时，有利于提高材料的耐点蚀性能。.在303易切削不锈钢熔体施加脉冲电流处理的样品中，主要为第Ⅰ类由偏晶反应形成的硫化锰夹杂物。夹杂物的尺寸随着脉冲电流强度的增大而减小，并且硫化锰夹杂物的数量和夹杂物总面积也随着脉冲电流强度的增大而增加，说明脉冲电流的施加有利于硫化锰的形核，从而促进了硫化锰的析出。施加脉冲电流至硫化锰析出温度点的样品中，脉冲电流的施加提高了共晶硫化锰的析出温度，链状第II类MnS小颗粒尺寸随着电流强度的增加而增加，同时聚集程度降低。在固态下对材料进行脉冲电流处理，可以促进样品中链状MnS的形成与析出，使得第I类硫化锰尺寸减小，第II类硫化锰的总面积增加。结果显示在303高硫易切削不锈钢熔体阶段和硫化锰析出阶段施加脉冲电流时，材料的耐点蚀性能有显著地提高。.该项目的完成为控制凝固过程中硫化物的形貌、尺寸和分布提供一种高效且简单易行的处理手段，丰富和完善脉冲电流作用下的凝固理论。同时电流脉冲处理为提高材料的耐点蚀性能提供了一种有效的途径。