基于回归理论的钛铝复合夹杂物诱导晶内针状铁素体形核机制的研究

The technology of oxide metallurgy was proposed to utilize the positive effect of the fine oxide inclusions. According to this method, the fine oxide inclusions can inhibit austenitic grain growth through the pinning effect, and induce nucleation of intragranular acicular ferrite (IAF) during the austenite-ferrite transformation. These effects lead to the grain refinement. From previous studies, various kinds of non-metallic inclusions have been proposed as the potential catalysts for nucleation of IAF. Among them, titanium oxide is considered as one of the most effective agents. While as the most popular deoxidizing agent, the effect of aluminum on the nucleation of titanium oxide for IAF is still under discussion. Till now, most studies still focus on the type and component of Ti-Al complex inclusions. While for their nucleation power of IAF, different conclusions have been drawn through different experiments. To solve this problem, the proposer applied the EDS mapping function and Feature software to distinguish two kinds of Ti-Al complex inclusions, and study their nucleation phenomenon. Thus, the objective of this proposal is to elucidate the evolution of complex inclusions (type, size, density, morphology, and element distribution) with different Ti/Al ratio, and construct the meterage regression model. Furthermore, their nucleation power of IAF will be systematically analyzed through adjusting the heat-treatment process. And its probability distribution characteristics will be derived through the regression theory. Based on the upper analyses, the nature of formation and nucleation of Ti-Al complex inclusions will be revealed. These results will be helpful to combine the deoxidizing power of aluminum and nucleation power of titanium oxide, and promote the application of oxide metallurgy.

氧化物冶金技术利用钢中的氧化物诱导晶内针状铁素体形核，以细化晶粒，实现夹杂物的化害为利。大量研究结果表明钛氧化物诱导形核的效果最好，而铝作为最常用的脱氧剂，其对钛氧化物的影响成为了关注的焦点。目前对于钛铝复合夹杂物的研究集中在类型成分上，而对于其诱导形核的探索较少且存在争论。在预研中，申请人将钛铝复合夹杂物诱导形核能力的差异与其分类相结合，给出了科学解释。本项目拟进一步开展系统研究，通过调节低碳钢的钛铝含量，引入统计回归理论，一方面通过夹杂物性质(类型、成分、形态、尺寸)的演变过程，构建计量回归模型，实现钛铝复合夹杂物的科学分类；另一方面通过热模拟工艺的优化，全面解析钛铝复合夹杂物诱导晶内针状铁素体形核的能力，刻画其概率分布特征。最后通过模型参数的分析，揭示钛铝复合夹杂物形成、诱导形核的机制，为有效结合铝的脱氧能力和钛氧化物的细化组织能力奠定坚实的理论基础，推动氧化物冶金技术的实用化进程。

氧化物冶金技术利用钢中的氧化物夹杂诱导晶内针状铁素体形核，以优化组织，实现夹杂物的化害为利。大量研究结果表明钛氧化物诱导形核的效果最好，而铝作为最常用的脱氧剂，其对钛氧化物的影响成为了关注的焦点。目前对于钛铝复合夹杂物的研究集中在类型成分上，而对于其诱导形核的机制研究依然存在争论。. 本项目对钛铝复合夹杂物诱导晶内针状铁素体的机制进行了系统研究。对于能诱导形核的钛铝复合夹杂物，利用扫描电镜能谱的线扫描功能，一方面，在夹杂物边缘处的钢基体中发现了明显的锰贫乏区，这与不能诱导形核的硅锰复合夹杂物周围的锰元素含量演变曲线完全不同，另一方面发现单一的硫化锰夹杂无法诱导晶内铁素体形核，周围也未出现锰贫乏区。这起源于锰元素在钢液、奥氏体中扩散系数的差异性。以上结果为钛氧化物诱导形核的贫锰区机制提供了新的实验证据。. 本项目还通过典型样品的统计分析，发现夹杂物诱导晶内铁素体形核的能力（以诱导的铁素体条数作为衡量指标）与夹杂物尺寸、成分之间呈现出一定的随机性。即同一样品中，尺寸、元素含量近似的夹杂物，其诱导形核的能力(包括诱导的铁素体条数、能否诱导)却具有明显的差异。分析认为这与钛氧化物中空位的形成有关。. 更进一步，本项目探索研究了其它类型夹杂物（钛镁铝复合夹杂物、镁铝复合夹杂物）的诱导形核现象，结合钛铝复合夹杂物，尝试采用贫锰区机制进行统一解释。对于镁铝复合夹杂物，一方面镁铝尖晶石中也存在镁空位，另一方面镁离子(Mg2+：0.57埃)与锰离子(高自旋态Mn2+：0.66埃)尺寸相接近，满足贫锰区机制的两大要素。对于钛镁铝复合夹杂物，虽然组成无法明确，但基于可能的各种化合物进行了合理解释。. 这些结果有助于澄清复合夹杂物诱导晶内针状铁素体形核的机制，从而为氧化物冶金的实用化提供数据参考和理论支持。. 截至目前，本项目在SCI 收录期刊上共发表/接收论文4篇，国内核心期刊上发表/接收论文3篇。