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龙图腾网获悉北京科技大学申请的专利一种用于避免钢中氧化物夹杂引起疲劳失效的方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN119387529B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-09-19发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202411385438.6，技术领域涉及：B22D11/22；该发明授权一种用于避免钢中氧化物夹杂引起疲劳失效的方法是由罗海文;汪峥设计研发完成，并于2024-09-30向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种用于避免钢中氧化物夹杂引起疲劳失效的方法在说明书摘要公布了：本发明涉及钢件疲劳断裂失效技术和冶金的技术领域，特别是指一种用于避免钢中氧化物夹杂引起疲劳失效的方法。所述用于避免钢中氧化物夹杂引起疲劳失效的方法如下步骤：S1、得到所检测钢中最大氧化物夹杂的半径roxide；S2、通过S1的最大氧化物夹杂的半径roxide计算对应依附其上形成的硫化物壳层的安全厚度rsulfide；S3、根据S2获得的rsulfide计算铸坯在凝固过程时对应的冷却速率RC。本发明通过调控连铸工艺的冷却速率参数来避免钢中氧化物夹杂引起的疲劳失效，为提高工程材料服役寿命选材、设计以及合理控制夹杂物尺寸提供相应的实验证据与理论依据。

本发明授权一种用于避免钢中氧化物夹杂引起疲劳失效的方法在权利要求书中公布了：1.一种用于避免钢中氧化物夹杂引起疲劳失效的方法，其特征在于，所述用于避免钢中氧化物夹杂引起疲劳失效的方法如下步骤： S1、得到所检测钢中最大氧化物夹杂的半径roxide； S2、通过S1的最大氧化物夹杂的半径roxide计算对应依附其上形成的硫化物壳层的安全厚度rsulfide； 当氧化物外层包裹硫化物得到复合夹杂物时，复合夹杂物的半径rcomplex满足下式： rcomplex=roxide+rsulfide（2）； 当复合夹杂物的热膨胀系数大于钢基体时，在淬火热处理过程中，复合夹杂物与基体的界面会产生残余应力，计算如下式： （3） 其中，σR是淬火后复合夹杂物与钢基体界面产生的残余应力；C与复合夹杂物和基体的杨氏模量以及泊松比有关，恒大于0；αM为基体的热膨胀系数；△T为淬火热处理的温度差；αcomplex为复合夹杂物的热膨胀系数； 复合夹杂物的热膨胀系数αcomplex可由下式计算： （4） 其中，αoxide为氧化物的热膨胀系数，αsulfide为硫化物的热膨胀系数； 若复合夹杂物的热膨胀系数αcomplex不大于基体，则其与钢基体的界面将不产生残余应力，即满足αM≤αcomplex时，σR=0，故而硫化物壳层的安全厚度应满足下式： （5） S3、根据S2获得的rsulfide计算铸坯在凝固过程时对应的冷却速率RC； 硫化物壳层厚度由铸坯凝固过程的冷却速率决定，采用Scheil凝固模型计算硫化物析出壳层厚度与冷却速率的关系； 钢液中元素i的扩散为硫化物生成的限制性环节，因此元素i的扩散控制硫化物的生长速度，由此可得： （7） 其中，Ji为限制性元素i的扩散通量；Di为限制性元素i在液相中的扩散系数，ρFe为Fe液的密度；Mi为限制性元素i的摩尔质量；w[i]L为钢液凝固前沿限制性元素i的质量分数%；w[i]eq为平衡时限制性元素i的质量分数%；rsulfide为硫化物壳层的安全厚度； 在模型中，设定夹杂物析出后为球状，根据质量平衡可得元素i的扩散通量与硫化物的壳层厚度之间的关系为： （8） 结合式（1）可得： （9） 对式（9）积分可得到，硫化物的析出长大析出壳厚rsulfide表达式： （10） 式（10）中，Msulfide为硫化物的摩尔质量；ρFe为Fe液的密度，7070kgm3；Mi为限制性元素i的摩尔质量；ρsulfide为硫化物的密度；Di为限制性元素i的扩散系数； 式（10）中w[i]L为钢液凝固前沿限制性元素i的质量分数，可以用Scheil微观偏析模型计算，如下式： （11） 其中，w[i]0为凝固开始前钢液中溶质i的含量；k0为元素i的平衡分配系数；fs为钢液的固相率，其计算方法如下式： （12） 其中，T0为纯铁熔点，值为1809K；Tstart为硫化物开始析出的温度；TS为钢中的固相线温度； 式10中w[i]eq可以采用下式13~16计算： [M]+[S]=MS，lgK=AT-B（13） （14） （15） （16） 其中，式（13）是元素M和S反应生成硫化物MS的反应平衡方程式，式（14）中αM、αS、αMS分别是[M]、[S]和MS的活度；式（15）和（16）中的fM和fS分别是[M]和[S]的活度系数；和分别是钢液中其他元素[j]对[M]和[S]的相互作用系数； 式（10）中，是凝固时间，按照下述式计算： （17） 其中，Tstart为硫化物开始析出的温度；TS为钢中的固相线温度;RC是凝固过程的冷却速率； 要达到安全厚度rsulfide，将式（17）代入式（10）中，冷却速率RC应满足下式： （18） 其中，Msulfide和Mi分别为硫化物和限制性元素i的摩尔质量；ρFe和ρsulfide分别为Fe液和硫化物的密度；Di为限制性元素i在液相中的扩散系数；w[i]L为钢液凝固前沿限制性元素i的质量分数%；w[i]eq为平衡时限制性元素i的质量分数%；Tstart为硫化物开始析出的温度；TS为钢中的固相线温度。

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