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针对国内含硫非调质钢(F40MnVS)中硫化物控制水平较低的现状,对铸态和锻后钢中硫化物析出机理及控制方法进行了系统的研究。在热力学和动力学计算分析的基础上,利用Thermo-Calc和JMatPro软件分析了MnS的析出规律、MnS+Al2O3复合夹杂物析出条件以及硫化物对晶内铁素体的影响;借助光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)等技术方法,观察并分析了不同锰硫比(Mn/S)和冷却速率对钢中硫化物夹杂的形貌、数量及分布等特征的影响。研究结果表明:(1)通过热力学计算可知,该钢中MnS在1431℃时,即在凝固末端开始大量析出。此时析出的MnS占总析出量的88.5%,剩余小部分在奥氏体中形成,占总量的11.5%,而铁素体中不析出MnS。(2)动力学分析表明:在钢液凝固过程中,MnS以均质形核和晶界形核为主;增加冷却速率,可以减小MnS临界析出半径,降低其尺寸;通过调整钢中w[Mn]和w[S]及冷却速率,可以控制MnS析出形貌、尺寸,提高钢材的综合性能。(3)随着温度的降低,Al2O3最先在钢中析出,而MnS在1431℃开始析出,有助于生成MnS+Al2O3复合型夹杂物;通过推动-捕获临界速率与Al2O3尺寸关系分析计算,得知小尺寸Al2O3等氧化物夹杂容易被推到凝固前沿的液相捕获,成为MnS的异质形核核心,形成MnS+Al2O3复合夹杂。(4)研究了三组不同Mn/S(28,33,37)对非调质钢中硫化物形貌、尺寸、分布的影响。研究结果表明:Mn/S为37的铸态钢中,硫化物夹杂数量较少,平均尺寸较小,分布弥散,钢中MnS+Al2O3复合夹杂比例达11.2%。锻后钢中MnS夹杂物长宽小,大多呈纺锤形,纺锤率最高(67%)。适当的提高Mn/S,有利于改善钢中铸态和锻材中硫化物形貌、尺寸大小及分布。(5)研究了炉冷和空冷对非调质钢中硫化物形貌、尺寸、分布的影响。研究结果表明:相比于炉冷,空冷钢中MnS夹杂物的数量较少,尺寸小,分布也更加弥散化;随着冷却速率的降低,MnS在Al2O3的平均析出率由5.5%提高到10.4%。增加冷却速率,MnS在Al2O3上的析出率将降低;适当的控制冷却速率,有利于改善锻后钢中硫化物形貌,增大纺锤率,减小其对钢材性能的危害。(6)Mn/S和冷却速率会影响凝固过程硫化物的析出,从而影响钢的组织。研究发现,晶内铁素体在硫化物上形核长大。认为是由于惰性界面能机制和贫Mn区机制相互作用,单一的MnS、MnS+Al2O3及MnS-V(C,N)等复合夹杂物对晶内铁素体有诱导作用,促进晶内铁素体在其上形核析出,从而细化组织,提升钢材的性能。