不同钛含量的钢与Al_(2)O_(3)和MgAl_(2)O_(4)界面润湿行为

摘要

高温下钢液中会生成大量的非金属夹杂物,对钢的浇铸工艺和钢产品性能产生不利影响。通过研究高钛钢与夹杂物的界面润湿行为,以期为高钛钢成分设计以及夹杂物的控制研究提供理论依据。以不同钛含量的钢样品以及Al_(2)O_(3)和MgAl_(2)O_(4)为研究对象,采用改进后的座滴法进行高温润湿试验得到表观接触角;通过电子探针对样品界面的微观形貌和元素进行表征,并结合热力学计算对钢与夹杂物的界面润湿行为进行解释。当钢中钛质量分数分别为0.01%、0.31%和0.68%时,Al_(2)O_(3)/钢润湿系统的表观接触角分别为96°、90°和112°,润湿后的样品界面均匀,无新反应相的存在和明显的元素富集。MgAl_(2)O_(4)/钢润湿系统的表观接触角分别为113°、106°和130°;低钛含量(w(Ti)=0.01%)时,界面无反应相生成,高钛含量时,界面存在不连续的反应层,为MgS、MgO、Ti4S2C2和MgAl_(2)O_(4)的混合物。研究表明,钛含量增多会导致钢液表面张力降低,界面接触角减小,但当钢中钛质量分数达到0.68%时,钢中夹带的大量TiN颗粒会使熔融钢液黏度增大,钢液滴在基片上的铺展受阻,其影响远大于表面张力的降低。因此,随着钢中钛含量的提高,两种系统的表观接触均呈现先减小后增大的趋势。高温下的熔融钢液是一个非常复杂的混合物体系,目前,针对钢样和夹杂物的润湿体系,主要通过接触角、界面微观形貌以及是否有新的产物生成来评价。因此,在后续的研究中,针对高钛钢与夹杂物基片界面润湿体系的评价方法还有待进一步探究与完善。