钢铁钒钛

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宋正杰, 郭帅, 张剑, 王丰, 钱东升, 李阔, 赵龙哲

2026, 47(2): 1-8. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2026.02.001

摘要(7) HTML (3) PDF(2)

摘要:
调控金属材料残余应力，改善应力分布是提升疲劳性能的关键。研究提出利用电冲击处理（EST）对TC11钛合金残余应力及振动疲劳性能进行调控。结果表明，电冲击在不明显改变物相结构的前提下显著均匀化表面和梯度的宏观残余应力。XRD和EBSD结果表明电冲击处理后位错密度降低9.68%，KAM值标准差降低20%，微观应变减小且应力集中区域明显减少。振动疲劳结果表明，试样平均疲劳寿命从4.55×10⁵次提升至3.60×10⁶次。进一步利用HRTEM分析，电冲击产生的能量可驱动应力集中区原子重排，降低位错密度并缓解晶格畸变。总体而言，电冲击为TC11钛合金应力调控与疲劳性能强化提供了高效新策略。

钛合金薄壁环件制造过程残余应力与加工变形模拟与优化

王天乐, 邓加东, 钱东升, 丁佐军, 刘超

2026, 47(2): 9-17. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2026.02.002

摘要(4) HTML (0) PDF(1)

摘要:
钛合金薄壁环件是航空航天等领域的关键构件，其机加工变形严重制约精度与可靠性。以钛合金矩形薄壁环件为对象，建立了轧制、冷却、加热、胀形及热处理全流程有限元模型，系统研究了成形过程残余应力演变规律及其对机加工变形的影响。通过分析不同胀形量与胀形温度下的应力分布特征，揭示了胀形工艺对应力场的调控机制，在此基础上，构建了残余应力与加工变形之间的理论分析模型，并进行了仿真与试验验证。结果表明，环件残余应力主要产生于首次冷却阶段，后续胀形及热处理工序可显著降低应力幅值并改善分布均匀性；合理的胀形工艺可有效改善残余应力分布，其中胀形量约4%、胀形温度800 ℃时应力水平最低且分布最为均匀；机加工仿真结果与理论模型计算结果吻合良好，最大误差为20.37%。进一步将优化工艺与理论模型应用于异形环件，并通过试验验证其有效性与工程适用性。研究结果可为钛合金薄壁环件残余应力调控及加工变形控制提供理论依据和工艺指导。

Ti551两相区变形本构模型及热加工图

程志诚, 姜欢, 吴佳丽, 邓清华, 祝学丽, 张宏岭, 马英杰

2026, 47(2): 18-28. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2026.02.003

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摘要:
作为构筑成型的基元材料，以新型α+β钛合金Ti551（以下简称为Ti551）为研究对象，采用Gleeble 3500热模拟试验机，研究其在0.001～10 s⁻¹，700 ～ 900 ℃范围内的流变行为，并分别采用应变补偿Arrhenius与神经网络模型进行曲线拟合。结果表明，在两相区变形时，Ti551钛合金的流变应力在中低温及高应变速率条件下表现出典型的峰后软化特征。相比于应变补偿模型，神经网络模型在低温高应变速率条件下具有更高的预测精度与更低的平均绝对相对误差，其相关系数R为0.9922，平均绝对相对误差为6.3%。基于构建的Ti551钛合金两相区热加工图，明确了不同应变条件下的塑性失稳区。确定两相区锻造过程中的等效应变速率下限不低于0.01 s⁻¹，对应实际锻造速度不小于10 mm/s，终锻温度不低于750 ℃，可为Ti551钛合金实际两相区锻造工艺参数的制定与数值模拟提供可靠依据。

基于VAR数值模拟的新型Ti551钛合金熔炼工艺研究

罗坤, 郑友平, 耿乃涛, 游彦军, 李京懋

2026, 47(2): 29-36. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2026.02.004

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摘要:
为满足深海装备对耐压材料的需要，围绕新型α+β钛合金Ti551的熔炼工艺展开系统研究，在数值模拟优化熔炼参数的基础上，成功实现了从150 kg试验模型到3 t级工业铸锭的放大制备，并采用真空自耗电弧熔炼（VAR）工艺进行验证，最终获得纯净度高、组织均匀性良好的3 t级Ti551工业铸锭。研究重点考察了熔炼电流与稳弧电流对铸锭成分均匀性和熔池形貌的影响，通过五种不同熔炼工艺的对比试验，得出在熔炼电流为21～24 kA、稳弧电流为15 A、稳弧交流时间为30 s的优化工艺条件下，所获效果最优的结论。基于该工艺制备的3 t工业铸锭表面光洁，无冷隔、皮下气孔及夹渣等缺陷，成分均匀性良好，其中Cr、Fe、Sn、V、Zr等关键元素的极差均不超过0.03，未出现明显宏观偏析，综合性能满足深海装备对原材料的严苛要求。

基于MeltFlow-VAR对Ti551合金铸锭进行空间坐标变换的熔炼模拟研究

朱真泽, 周思源, 张怡凡, 杨国庆, 张宏岭, 马英杰

2026, 47(2): 37-45. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2026.02.005

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摘要:
真空自耗电弧熔炼（VAR）是制备钛合金铸锭的关键技术，但传统工艺难以精准把控多物理场耦合作用，易引发铸锭成分偏析问题。对Ti551合金目标成分取Ti-5.3Al-1.5Mo-1.0V-1.0Sn-1.0Zr-1.0Cr-0.1O-0.15Fe进行熔炼模拟研究，采用MeltFlow-VAR软件开展Ti551钛合金凝固偏析模拟，对Ti551合金铸锭设计4种空间坐标变换的熔炼方案，通过对一次锭和二次锭的熔炼过程仿真，分析不同方案下Al、Mo、V等合金元素的分布规律，研究表明，Ti551合金一次锭存在显著元素偏析，Al、Mo、O呈负偏析，V、Sn、Zr等元素为正偏析，偏析集中于锭头冒口与锭尾区域；对比四种熔炼方案，分切焊接类方案改善铸锭中部成分均匀性效果最优，其中方案2元素含量更贴近标准值，方案4可平缓长尺寸铸锭成分波动；传统头尾倒置法无法根治偏析问题，而空间坐标变换重组熔炼能够打破原有偏析分布格局。同时，高熔点高密度的Mo元素负偏析效应突出，分切焊接重组方式可调控其熔池传输与再分布机制，有效优化铸锭中部成分均匀性，为钛合金高熔点元素偏析控制及提升铸锭成材率提供技术参考。

退火温度对Ti551合金锻坯的显微组织及力学性能的影响

李家乔, 王云峰, 郭逸丰, 贾震, 徐斌, 马英杰, 孙明月

2026, 47(2): 46-54. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2026.02.006

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摘要:
为阐明退火温度对热锻钛合金组织-织构-性能各向异性的调控规律，以920 ℃热锻态近α钛合金为研究对象，设置910～950 ℃区间进行退火热处理，结合电子背散射衍射（EBSD）与α/β极图分析织构演化，对长度方向（LD）与厚度方向（ND）开展室温拉伸和冲击性能评估。结果表明：910～920 ℃区间以初生α相（α_p）为主，次生α相（α_s）含量相对较低；升至930～950 ℃后组织逐步向双态转变，且更易出现取向一致的α_s同向块状区。随退火温度升高，α相{0001}极图强度逐步增强，同时β相(110)极图也呈更集中趋势。力学性能方面，LD/ND抗拉强度整体接近而波动较小，屈服强度及延伸率的方向性差异更敏感；等轴组织阶段各向异性更明显，而双态组织阶段各向异性得到改善。热锻样品各向异性差异较大，退火热处理后各向异性得到改善。冲击吸收功总体呈现LD高于ND，但随退火温度升高LD与ND差值明显收敛，950 ℃条件下可获得各向异性差异较小的强韧匹配。上述规律可归因于亚β转变温度（T_β）向近T_β退火过程中α_p溶解与β晶粒长大导致的相变变体选择增强、基面织构强化，以及双态组织多尺度界面/晶界对变形协调与裂纹扩展路径的共同约束。

双重退火对近α钛合金组织及力学性能的影响

杨瑞泽, 栾超, 贺文轩, 李徐庆, 郭逸丰, 徐斌, 孙明月

2026, 47(2): 55-62, 131. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2026.02.007

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摘要:
Ti6321 合金作为我国自主研制的近 α 型钛合金，凭借高强度、高韧性及优异耐海水腐蚀性能成为海洋工程关键结构材料。然而常规热处理下其强度与塑性难以兼顾，限制了在深海极端环境中的应用。以舰船用 Ti6321 钛合金为研究对象，通过设计退火（970、980、990、1000 ℃保温 2 h 空冷）与双重退火（980 ℃保温 2 h 空冷后，再经 550 ℃或 600 ℃保温 2 h 空冷）工艺，结合光学显微镜（OM）观察及力学性能测试，系统探究了退火工艺对合金组织及力学性能的影响规律。结果表明：退火时，Ti6321 合金呈现 α+β 两相区组织演变特征，980 ℃时强韧性匹配最优；双重退火通过在 β 转变组织晶内及晶界析出次生 α 相实现组织细化，其中 980 ℃+550 ℃处理可显著提升强度和韧性。研究为海洋工程用Ti6321合金热处理工艺优化提供了理论依据。

热轧变形量对Ti551合金再结晶与织构演化的影响

王云峰, 罗晋如, 郭逸丰, 王岳乾, 岳俊英, 伍进濠

2026, 47(2): 63-70. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2026.02.008

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摘要:
热轧作为典型的形变处理环节，轧制过程织构的演变是影响钛合金强塑性的关键。Ti-5.3Al-1.5Mo-1Zr-1Cr-1V-1Sn-0.1O-0.15Fe（Ti551）合金是服役于深海环境的中强高韧新型材料，目前其在轧制过程的织构演变规律尚不明确。以Ti551锻坯为研究对象，在近β转变温度（T_β，950 ℃）条件下进行5%、10%、30%、50%不同变形量的热轧试验，通过电子背散射衍射（EBSD）定量分析低角度晶界、晶粒平均定向伸展及α相{0001}织构演化。结果表明：以退火态（变形0）为基准，累积压下率从0增加到30%时，再结晶与应变释放区域面积分数由约55%降至36%，随着变形量进一步提升至50%，再结晶分数几乎不变；其次，热轧后组织形成基面织构，但其整体强度随变形量增加而降低（峰值下降并趋于弥散）。上述规律表明：在近T_β条件下，轧制方向与锻坯主织构方向垂直时，较高累计压下率更有利于削弱基面织构并促使取向峰弥散，为获得取向团簇尺度更小、组织更均匀的网篮组织提供了终轧变形量选择依据。

基于相变调控的Ti551钛合金热处理工艺优化

王永锋, 申宇波, 张宏岭, 栾佰峰, 周思源, 马英杰

2026, 47(2): 71-77. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2026.02.009

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摘要:
利用光学显微镜、扫描电镜与万能拉伸机，研究了固溶温度、时效温度及冷却速度对Ti551合金组织与力学性能的影响。固溶温度900 ℃时，550～650 ℃时效温度升高对初生α相无明显变化，次生α相片层厚度从0.26 μm增至0.42 μm；时效温度550 ℃时，900～950 ℃固溶温度升高让初生α相含量从45%降至15%，尺寸细化且形貌由短棒状转为等轴状，次生α相增厚至0.72 μm。冷却速度对合金组织起决定性调控作用，炉冷形成单一等轴初生α相组织，中等冷却速度则细化初生α相并促进粗大片层次生α相析出。研究表明，900 ℃×2 h空冷+550 ℃×6 h时效的热处理工艺可使Ti551合金获得最优强韧性匹配，较快冷却速度促使β组织生成细针状次生α相，经后续时效进一步强化了合金的强塑性匹配效果。

Ti551钛合金热变形行为及热加工图研究

沈子扬, 邓加东, 钱东升, 丁佐军, 刘超

2026, 47(2): 78-87. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2026.02.010

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摘要:
针对Ti551钛合金热变形行为，开展了800～950 ℃、应变速率0.01～1 s^-1条件下的热压缩试验，基于真实应力–应变曲线分析了温度与应变速率对流变应力特征的影响。结果表明，Ti551钛合金流变应力对温度、应变速率变化比较敏感。基于Arrhenius型本构关系建立了考虑应变补偿的Ti551热变形本构模型，并对模型预测能力进行了评价。进一步采用Prasad判据构建热加工图，得到功率耗散效率与失稳区随温度—应变速率变化的分布特征，提出Ti551钛合金的优选热加工参数窗口（高温、低—中应变速率区域）并识别潜在失稳加工区（低温、高应变速率区域），进而研究揭示了不同变形条件下初生α相形貌与α/β两相比例变化趋势。上述结果可为Ti551钛合金热加工工艺参数设计与组织性能调控提供依据。

冷却方式对海洋工程钛合金环件显微组织与力学性能的影响

贺文轩, 栾超, 李阔, 郭逸丰, 徐斌, 孙明月

2026, 47(2): 88-96. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2026.02.011

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摘要:
系统探究了油相冷却(Oil Cooling, OC)、吹风冷却(Wind Cooling, WC)和埋砂冷却(Sand Cooling, SC)3种热处理工艺方法对近α钛合金大型环轧件显微组织与力学性能的影响。结果表明，经980 ℃热处理的试样在不同冷却方式下强度变化不明显，这主要是由于该温度下β相体积分数较低，冷却过程对次生α(α_s)相形成的影响较小。值得注意的是，试样经OC热处理后冲击功明显下降，这与过快的冷却速率促使脆性马氏体(α’)相析出有关。在990 ℃进行WC热处理后，试样实现了抗拉强度与冲击韧性的最佳匹配，这归因于该条件下初生α(α_p)相体积分数低，高温β相未析出脆相α’，且α_s板条宽度适中。此外，SC热处理时在高温条件下冷速较快，在低温条件下冷速较慢，而钛合金的相体积分数与板条宽度等显微组织形貌特征在相同温度下主要由高温时冷却速率决定，因此SC的试样力学性能介于OC与WC之间。

构建方向对增材制造TC4钛合金力学性能及疲劳行为的影响

王雨鑫, 马天昊, 杨桥发, 周昌玉

2026, 47(2): 97-106. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2026.02.012

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摘要:
基于激光粉末床熔融（L-PBF）制备的TC4钛合金试样，系统开展了0°、12°和16°三种构建方向下的室温拉伸与单轴疲劳试验。拉伸试验结果表明：沿16°方向构建的L-PBF TC4钛合金在高应变速率下表现出最佳的塑性，小范围内变化的构建角度会显著影响L-PBF TC4钛合金的力学性能。通过提出修正后Hollomon模型，整合了不同构建方向及应变速率对拉伸行为的影响，且整体预测性能优于Johnson-Cook（JC）模型，准确地描述了L-PBF TC4钛合金的拉伸力学行为。疲劳试验结果表明：在较高应变幅（0.8%，1.0%）作用下，试样在循环初期出现了短暂的初始硬化，随后表现为典型的软化特征。而在较低应变幅（0.4%，0.6%）作用下，试样的初始硬化阶段消失，直接进入循环稳定阶段，直至快速断裂。最后建立了基于混合物理与数据驱动的VAE-ANN模型，得到的疲劳寿命预测结果均位于2倍误差带内，准确地预测了不同构建方向下L-PBF TC4钛合金的疲劳寿命。

纯钛EB坯中夹杂物的电解试验研究

李阳, 刘睿, 白于良, 桂天浩, 孙彦辉

2026, 47(2): 107-115. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2026.02.013

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摘要:
采用电子束冷床炉（EBCHM）熔炼的TA2轧制酸洗卷常出现表面起皮缺陷。针对这一现象，研究通过电解法得到了TA2铸锭中的夹杂物，采用SEM-EDS研究了夹杂物的三维形貌、种类及尺寸分布并分析其来源。基于C语言建立了钛氧化物夹杂的溶解模型，分析了其去除机理和影响因素。结果表明，TA2铸锭中的夹杂物以钛氧化物为主，占比86.84%，以及少量的Al₂O₃、复合夹杂和高密度夹杂，夹杂尺寸大多分布在80～300 μm；钛氧化物在溶解的过程中表层会发生相变，生成Ti₃O₅相薄层，在1720 ℃下，直径500 μm的TiO₂完全溶解需要466.67 s。铸锭内夹杂物的含量与轧制表面质量呈反比，提升熔体温度和降低熔炼速率有利于提升铸锭纯净度和轧制表面的质量。

钛合金新型切削加工技术及切削行为研究进展

贺同正, 吴敬玺, 李志兴, 罗国军, 沈选金, 唐丽英, 陈玉勇

2026, 47(2): 116-131. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2026.02.014

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摘要:
随着航空航天领域对高性能钛合金构件的需求日益增长，其切削加工技术面临高精度、高质量的严峻挑战。系统回顾了钛合金切削加工技术的最新进展，深入分析了切削加工研究方法、切屑特征，重点阐述了切削参数对切削性能及刀具磨损的影响机制，并对刀具磨损方式及改进策略进行了归纳。针对当前研究的局限性，进一步提出了未来钛合金切削加工技术的发展方向，旨在为提升钛合金构件的加工效率和表面完整性提供参考，并为相关研究提供理论基础。

汽车外板非稳态换包坯中不同成分夹杂物的分布

高金桥, 杨之顺, 张银辉, 杨健, 龚坚, 黄福祥, 裴兴伟

2026, 47(2): 132-142. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2026.02.015

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摘要:
对汽车外板IF钢A、B两个炉次31 m长的非稳态换包坯中的显微夹杂物和大型夹杂物进行了统计分析，并采用了FactSage8.1对连铸坯凝固过程的夹杂物析出进行了热力学计算。分析结果显示，5 μm以上主要的显微夹杂物分别为Al₂O₃夹杂、TiN夹杂和Al₂O₃+TiN复合夹杂。通过大样电解法提取的换包坯中大于30 μm的典型大型夹杂物主要有100～200 μm的块状和团簇状Al₂O₃夹杂，约800 μm的不规则块状保护渣夹杂，100～300 μm的SiO₂+Al₂O₃夹杂，直径为30～100 μm球状钙铝酸盐夹杂。在B炉次开浇前3 m和开浇后14 m交接坯中，四种大型夹杂物含量显著上升，并且更大尺寸范围的夹杂物含量增加更为显著。其中交接坯中的SiO₂+Al₂O₃夹杂、Al₂O₃夹杂、保护渣夹杂和CaO+Al₂O₃夹杂的平均含量分别是正常坯中的13、3、3.5倍和7倍。

基于Fields-Backofen模型Fe-27Mn-10Al-1.0C轻质钢高温流动行为的本构建模

贾海深, 刘立美, 郭文静, 张继林, 易湘斌, 罗文翠

2026, 47(2): 143-152, 163. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2026.02.016

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摘要:
为表征Fe-27Mn-10Al-1.0C轻质钢的高温流动行为，在850～1050 ℃、0.01～10 s⁻¹的试验条件下，使用Gleeble-3800热模拟试验设备对其进行了高温压缩试验。基于Fields-Backofen(FB)模型，依据试验数据进行了本构建模研究，通过引入温度软化项，并考虑应变效应及应变、应变速率和温度间的耦合效应对模型参数的影响，成功建立了修正M-FB模型。采用统计参数相关系数R、平均绝对误差AARE和相对误差RE，对M-FB模型预测精度进行验证。研究结果表明，Fe-27Mn-10Al-1.0C轻质钢对应变、应变速率和变形温度显著敏感，M-FB模型预测数据与试验数据相关性高度一致，能可靠应用于预测其高温流动行为。

超低碳汽车外板连铸坯宽度方向上夹杂物分布

张雪娇, 杨之顺, 杨健, 张银辉, 职建军, 王睿之, 范正洁

2026, 47(2): 153-163. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2026.02.017

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摘要:
超低碳钢因优异的深冲性能广泛用于汽车外板，但连铸坯中夹杂物易演变为表面缺陷。选取低Al、低O含量和高Al、高O含量的两炉次超低碳钢汽车外板两流连铸坯，在连铸坯1/4厚度，以及边部2 cm、1/4宽度、1/2宽度处取样，通过夹杂物自动分析仪（IAAS）对比分析了不同宽度处各种类型夹杂物的形貌、数量、尺寸以及夹杂物的空间分布，从而阐明超低碳钢汽车外板连铸坯在宽度方向上夹杂物的分布规律。结果表明连铸坯中夹杂物主要为簇状、独立颗粒、分散状的Al₂O₃、规则方形的TiN及核壳结构的Al₂O₃-TiN复合夹杂物。在数量密度上，小尺寸TiN在边部2 cm处富集，大尺寸Al₂O₃-TiN在1/4宽度区域富集，且高Al、高O含量炉次的大尺寸夹杂物数量显著更高。在尺寸分布上，Al₂O₃平均尺寸最大，高Al、高O含量促进复合夹杂物形成聚集，TiN倾向以小尺寸形式在边部富集。在空间分布上，TiN数量密度最高且主要在边部富集，Al₂O₃-TiN复合夹杂物在1/4宽度区域达到峰值，1/2宽度区域各类夹杂物密度整体降低，同时高Al、高O含量炉次的Al₂O₃夹杂物数量密度高于低Al、低O含量炉次。

某高铝铁矿粉替代澳洲低铝矿粉对烧结高温特性影响

刘勇君, 邢亚璞, 罗尧升, 刘华阳, 寇明银, 吴胜利, 周恒

2026, 47(2): 164-171. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2026.02.018

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摘要:
澳洲某优质低铝铁矿粉OE是国内钢铁企业主要原料之一，其资源面临逐渐枯竭的挑战。OA铁矿粉因具备一定价格优势且资源充足，成为替代OE的选项之一，然而OA铁矿粉的Al₂O₃较高，因此如何高效使用OA矿粉替代低铝OE矿粉，已成为当前钢铁行业关注的热点。采用微型烧结方法，系统探究OA部分及完全替代OE后，烧结混匀矿的液相流动性、粘结相自身强度以及铁酸钙与高铝脆性物生成特性变化规律。与OE矿粉相比，OA矿粉的同化温度较高，液相流动能力较强，两者的粘结相自身强度较为接近。随着OA替代OE比例的升高，混匀矿的液相流动性指数及粘结相自身强度逐渐升高，但混匀矿中铁酸钙含量随OA替代比例增加而逐渐降低。XRD矿相结构分析表明，OA替代OE比例的升高，使得铁酸钙含量降低但高铝脆性物增加。由于OA矿粉的Al₂O₃含量较高，过量配加OA矿易抑制铁酸钙生成并导致高铝脆性物形成。因此，实际生产中，需精准调控OA替代OE比例，以提升高铝混匀矿的烧结性能，强化后续高炉冶炼的稳定性。

含Ce颗粒增强型耐磨钢中夹杂物在RH过程中的演变

张可, 刘座宇, 吴华杰, 张鹏程, 武会宾

2026, 47(2): 172-179. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2026.02.019

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摘要:
通过对RH过程样进行氧氮含量检测、成分检测和夹杂物扫描检测，分析了钢中夹杂物在RH精炼过程中的演变。结果表明，钢中的夹杂物按类型可分为氧化物、硫化物、含Ce的氧化物和氧硫化物以及Ti(C_xN_y)及其复合夹杂物四类。Ti(C_xN_y)及其复合夹杂物可分为Ti(C_xN_y)、Ti(C_xN_y)与氧化物、硫化物或稀土Ce夹杂物组成的复合夹杂物。样品中夹杂物的尺寸主要分布在1～2 μm。RH精炼过程对Ti的各类夹杂物的数量密度和尺寸分布的影响不大，对钢中氧化夹杂物有明显的去除作用，氧化物数量密度从进入RH的73个/mm²降低至软吹后的8个/mm²，硫化物析出量较少且数量密度基本不变。加Ce后出现了Ce的氧化物、氧硫化物以及Ti-Ce复合夹杂物。Ce的夹杂物会为样品中的夹杂物提供弥散的形核质点，形成尺寸较小的复合夹杂物。Ce也会改性钢中的夹杂物，降低样品中高熔点氧化夹杂物的含量。

海工钢加热过程中奥氏体组织演变的元胞自动机模拟

高新亮, 张壮壮, 李文龙, 王辰阳, 赵聪, 杨志南

2026, 47(2): 180-188. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2026.02.020

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摘要:
为探究海工钢加热过程中奥氏体组织演变规律，基于热激活能、曲率驱动及晶界能量耗散机制，构建了海工钢保温过程中奥氏体晶粒长大的元胞自动机模型，分析了加热温度和保温时间对晶粒长大的影响。结果表明：提高加热温度为晶界迁移提供了更大的驱动力，促进晶界迁移和晶粒间的吞并，奥氏体晶粒尺寸增加；随着加热时间的延长，晶粒不断长大，晶界趋于平滑；建立了海工钢的奥氏体晶粒长大预测模型，得到其晶粒生长指数为0.45，确定了真实时间和模拟时间之间的对应关系。研究结果将对海工钢组织的精准调控提供理论支撑。

锰硫比对超低碳钢夹杂物和导电率的影响

殷昊辉, 刘曼, 甘晓龙, 徐光

2026, 47(2): 189-196. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2026.02.021

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摘要:
超低碳钢被广泛应用于电气工程、汽车工业等领域，因而需要良好的力学性能和导电性能。钢中FeS会造成“热脆”现象，而锰硫比则会直接影响超低碳钢中FeS的含量，从而影响其加工性能；同时，锰硫比的调控也会影响钢中元素含量与夹杂物特性，进而影响超低碳钢的导电率。为优化超低碳钢锰硫比调控，提高其综合性能，采用真空感应炉冶炼不同锰硫比的超低碳钢，利用光学显微镜、EBSD技术、EDS技术和导电率测试等手段研究了不同锰硫比超低碳钢的夹杂物特征和导电率演变规律。结果表明，钢中形成的夹杂物主要为类球状和长条状夹杂物，其中，类球状形貌占绝大部分，长条状形貌占比较小。部分夹杂物以MnO-SiO₂系二元氧化夹杂物为核心，在其周围形成FeS和MnS或(Mn, Fe)S夹杂；部分夹杂物则直接形成氧化物和硫化物的复合夹杂物。随着锰硫比的升高，夹杂物数量呈先增加后降低的变化趋势，而夹杂物尺寸则呈先减小后增大的趋势。当锰硫比为6.4及以上时，钢中基本上无FeS夹杂物。此外，随着锰硫比的升高，超低碳钢的导电率呈单调增加的变化趋势；在锰硫比为9.0时，由于最大的夹杂物尺寸和较多的夹杂物数量，固溶在钢基体中的Mn和S元素含量显著降低，从而降低了电阻率，获得了最大的导电率。

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