IF钢中含Ti夹杂物的衍变规律

第36卷第9期 北京科技大学学报 Vol.36 No.9 2014年9月 Journal of University of Science and Technology Beijing Sep.2014 F 钢中含Ti夹杂物的衍变规律 隋亚飞，孙国栋”，赵艳2)，王灿国)，郭敏)，张梅)@ 1)北京科技大学钢铁冶金新技术国家重点实验室，北京1000832)抚顺特殊钢股份有限公司，抚顺113000 ☒通信作者，E-mail:zhangmei(@ustb.edu.cm 摘要系统研究了T-F钢冶炼过程和俦坯中含T夹杂物的组成、分布与微观形貌，揭示了含T夹杂物的衍变规律.热力 学分析和实验结果表明：在F钢冶炼过程中无TN生成，含T夹杂物的存在形式是以T02为主的钛氧化物结合其他氧化物 的复合夹杂；而在连铸凝固过程中，由于钢液温度降低和元素的偏析作用，TN夹杂以异质形核的方式生成.F钢铸坯中非金 属夹杂物主要是大尺寸AL,O,颗粒和存在中间过渡层的TN-A1,TiO,-AL,O,复合夹杂物，其形核长大过程是[A1]、[Ti]和 [0]先在细小的A山20，颗粒上反应生成一层AL,TO,然后TN在AL2TO,表面形核长大.根据连铸过程和铸坯中含钛夹杂物 的研究得出，TT-F钢铸坯中TN夹杂难以去除，但是可以使其变性以实现对钢中含钛夹杂物的控制. 关键词F钢；炼钢；连铸；铸坯；夹杂物；钛；衍变规律 分类号T℉701,1 Evolution of titaniferous inclusions in IF steelmaking SUI Ya-fei,SUN Guo-dong,ZHAO Yan,WANG Can-guo,GUO Min),ZHANG Mei 1)State Key Laboratory of Advanced Metallurgy,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)Fushun Special Steel Co.Ltd.,Fushun 113000,China Corresponding author,E-mail:zhangmei@ustb.edu.cn ABSTRACT The composition,distribution and microtopography of titaniferous inclusions in Ti-IF steel during steelmaking and in the casting billets were investigated systematically,and the evolution of the titaniferous inclusions was described subsequently.Both thermodynamic analysis and experimental results indicate that TiN could not precipitate in the steelmaking process,while the titanifer- ous inclusions exist in the form of a combination of titanium oxides which mainly consists of TiO,and other oxides.In the solidification process of continuous casting,TiN inclusions precipitate in the heterogeneous nucleation way due to the decrease of liquid steel temper- ature and the segregation effect.The main non-metallic inclusions in the casting billets are large size AlO,particles and TiN-Al TiO,- AlO triple-layer complex inclusions with the middle layer of AlTiOs.The nucleation and growth process of TiN-AlTiO-AlO complex inclusions is that [Al],[Ti]and [N]form the middle layer of Al2 TiOs firstly on the AlO,core surface,then TiN nucleates and grows up on the AlTiO surface.Since TiN inclusions in the casting billets are difficultly removed during the steelmaking process, it is feasible to control titaniferous inclusions in the steel by inclusion modification. KEY WORDS IF steel;steelmaking;continuous casting;billets;inclusions;titanium;evolution IF钢(interstitial--free steel)以其优良的深冲性固定为碳氮化合物，从而得到无间隙原子的洁净铁 能和非时效性而被广泛应用于汽车制造业，已成为 素体钢，其钢液成分特点是碳氮含量超低、微合金化 一个国家汽车用钢生产水平的标志.F钢冶炼过程和钢质纯净.这些特点决定了F钢中非金属夹杂 使用铝脱氧，通过加入一定量的钛、铌等强碳氮化合 物含量较低，主要是AL,0,和TiN以及二者的复合 物形成元素，将超低碳钢中的碳、氮等间隙原子完全 物).虽然F钢中非金属夹杂物的含量相对较低， 收稿日期：2013-07-06 基金项目：国家自然科学基金资助项目(51074009,51072022,50874013)：中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(FRF-TP-09-005B) DOI:10.13374/j.issn1001-053x.2014.09.007;http://journals.ustb.edu.cn

第 卷 第 期 北 京 科 技 大 学 学 报 年 月 钢 中 含 夹 杂物 的 衍变 规律 隋 亚 飞 ， 孙 国 栋” ， 赵 艳“ ） ， 王灿 国 ” ， 郭 敏 ， 张 梅 北京科技 大学钢 铁冶 金 新技术 国 家重 点 实 验室 ， 北京 抚顺特殊钢 股份有 限公司 ， 抚顺 通信作 者 ， 摘 要 系 统研究 了 钢冶炼过程和铸坯 中 含 夹杂物的组成 、 分布与微观形貌 揭示 了 含 夹杂物 的衍变规律 热力 学分析和 实验结果表 明 ： 在 钢 冶炼过程 中 无 生成 含 夹杂物 的 存在形式 是 以 为 主 的 钛氧化物结合其他氧化物 的 复合夹杂 而在连铸凝 固 过程 中 ， 由 于钢液温度 降低 和元素 的 偏析作用 ， 夹杂 以 异质形核 的 方式生成 钢铸坯 中 非 金 属 夹杂物 主要是大尺 寸 颗 粒和 存 在 中 间 过 渡 层 的 复合夹 杂 物 ， 其形 核 长 大过 程 是 、 和 先在细小 的 颗粒上反应生成一 层 ， 然后 在 表 面形 核长大 根据连铸过程 和铸坯 中 含铁夹杂 物 的研究得 出 ， 钢铸坯 中 夹杂难 以 去 除 但是可 以 使其变性 以 实现对钢 中 含钛夹杂物 的 控制 关键词 钢 ； 炼钢 ； 连铸 ； 铸坯 ； 夹杂物 ； 钛 ； 衍变规律 分类 号 ， ” ’ ’ ， ’ ， ： ， ， ， ； ； ； ； ； ； 钢 （ 以 其优 良 的 深 冲 性 固 定为碳氮化合物 从 而得到 无 间 隙原子 的 洁净铁 能和非时效性而被 广 泛 应用 于 汽车 制 造业 ， 已 成为 素体钢 ， 其钢 液成分特点是碳氮含量超低 、 微合金化 一 个 国 家汽车用钢生产水平 的标志 钢 冶炼过程 和钢质纯净 这 些特点 决定 了 钢 中 非 金 属 夹 杂 使用铝脱氧 ， 通过加入一定量 的 钛 、 铌等强碳氮化合 物含量较低 ， 主要是 和 以 及二 者 的 复合 物形成元素 ， 将超低碳钢 中 的 碳 、 氮等间 隙 原子完全 物 虽然 钢 中 非金属 夹杂物 的 含量相对较低 ， 收稿 日 期 ： 基 金项 目 ： 国家 自 然科学基金资 助 项 目 （ ， ， ； 中 央 高 校基本科研业务 费专项 资金资 助项 目 （ ； ；

第9期 隋亚飞等：F钢中含Ti夹杂物的衍变规律 ·1175· 但是对有着严格质量要求的F钢而言，其影响仍然 100: 不可忽略.其中TN夹杂是立方晶体具有很高的熔 90 点(2930℃)，本身比较稳定，在钢中形成以后很难 80 再与其他杂质元素反应，所以TN夹杂会以比较规 则的立方体外形出现在成品钢中.在受力状态下 60 TN颗粒可以成为解理断裂的源点，进而影响钢材 50 的冲击韧性和疲劳寿命23).田新中等[4)研究了轴 承钢中TN夹杂物的形成热力学，结果表明在凝固 30 过程中钢中Ti或N的含量越高，TN开始析出温度 0 就越高，析出物的尺寸就越大.傅杰等)通过热力 10 RH加 RH中间包结晶器铸坯 AI后 破真空 学计算和实验研究了含钛微合金钢中TN的析出规 炼钢阶段 律，其实验钢中TN的析出温度在固相线以上很小 图1F钢不同冶炼阶段钢中的[0]和[N]含量变化 的范围内，金相观察结果表明TN析出相的尺寸最 Fig.I Variation of [and [N]contents in different steelmaking 大为1~3山m左右，形状为规则的方形或多边形. steps of the IF steel Jo等6)为预测钢中TN和T0,的形成，实验研究了 铁液中T、N和0的热力学，得到了相关的基本热 是Ti0,],其次是Ti,0,和Ti,0,·考虑钢中化学元 力学数据，为其他人的研究提供了参考.本文系统 素含量，RH精炼阶段加铝脱氧和TFe合金化以后， 研究了T-F钢冶炼过程中和铸坯中含钛夹杂物， 钢中生成夹杂物可能的反应如式(1)~(6)所示 用冶金热力学解释了含钛夹杂物的形成方式和衍变 2[A1]+3[0]=Al,03(s), 机理，实验分析了冶炼过程中和铸坯中的含钛夹杂 △，G9=-1202000+386.3T,Jmol-1，(1) 物，分析结果验证了热力学计算结果，进而提出了减 [Ti]+2[0]=Ti02(s), 少Ti-IF钢中TiN夹杂物的建议. △，G9=-337700+1.4T,Jmol-1, (2) 2[Ti]+3[0]=Ti203(s), 1理论分析 △G9=-845928+248.6T,Jmol-1,(3) 1.1工艺条件 3[Ti]+5[0]=Ti0(s), 国内某钢厂Ti-F钢的生产工艺为：铁水预处 △，G9=-1392344+407.7T,Jmol-'，(4) 理（脱硫）→250t顶底复吹转炉(B0F)→RH精炼处 2[Al]+3Mn0(s)=3[Mn]+Al203(s), 理→连铸(CC).转炉出钢温度1720℃，RH精炼加 △G9=-661920+228T,Jmol-1，(5) 铝脱氧以后加入TFe对钢水进行合金化，所生产的 [Ti]+2Mn0(s)=2[Mn]+Ti02(s), T-F钢化学成分见表1.不同冶炼阶段钢中[0]和 △G9=-85720-28.7T,Jmol-1.(6) [N]含量如图1所示.其中钢液T[O]含量分别为： RH加铝后到中间包阶段，钢中[0]含量相对较 RH加铝后74×10-6，RH破真空时90×106，中间 高，为(70~90)×10-6，如图1所示，钢中[A1]和 包阶段80×10-6，结晶器32×10-6，铸坯中20× [Ti]元素会与钢中[0]直接反应并与钢中的Mn0 106.不同时段钢液中[N]一直在40×10-6左右. 夹杂反应生成Al20,和钛氧化物.到结晶器阶段， 表1IF钢的化学成分（质量分数） 由于部分夹杂物（主要是氧化物夹杂）的上浮去除， Table 1 Chemical compositions of IF steel % 钢中[0]含量降低（约30×10-6）.由于[A1]和[0] C Si Mn P Ti 的结合能力要远远强于[T]和[0]的结合能力，当 0.00220.00540.120.0100.0050.0370.059 [0]含量急剧降低时，钢中[A1]可能与钛的氧化物 反应，以T02为例，反应(7)可能发生.此时，取钢 1.2含钛夹杂物热力学计算 液温度为1600℃，由于钢液中[Ti]和[A1]含量很 常压下钢液中元素脱氧能力的顺序为：Ca>Al 低，所以取反应中[T]和[A1]的活度系数近似为1， >Ti>Si>C>Cr>Mn).根据钛氧化物的标准生 计算式(7)的反应自由能，结果如式(8)所示，证明 成自由能判断，随着钢中钛含量增加，1600℃时钛 反应(7)可以发生.同样，对于Ti,0,和Ti20,存在 的脱氧产物依次为Ti(Fe)氧化物+Ti02→Ti,0,→ 式(9)和(11)以及相对应的自由能公式(10)和 Ti20,→Ti0,低钛含量时所形成的脱氧产物最可能 (12).这将导致夹杂物中钛氧化物成分减少，AL,03

第 期 隋亚飞等 ： 钢 中 含 夹杂物 的 衍变规律 但是对有着严格质量要求 的 钢而 言 其影 响 仍然 不可忽 略 其 中 夹杂是立方 晶 体具有很高 的 熔 点 （ 本 身 比 较稳定 在 钢 中 形 成 以 后很 难 再与其他杂质元 素 反应 ， 所 以 夹 杂会 以 比 较 规 ■ 则 的立方体外形 出 现在 成 品 钢 中 在 受 力 状 态 下 颗粒可 以 成 为 解理 断 裂 的 源 点 ， 进 而 影 响 钢 材 的 冲击韧性和疲劳 寿命 田 新 中 等 研究 了 轴 承钢 中 夹杂 物 的 形 成 热 力 学 ， 结果表 明 在凝 固 过程 中 钢 中 或 的 含量越高 ， 开始 析 出 温度 “ 就越高 ， 析出 物 的 尺 寸 就越大 傅杰 等 通 过热 力 “ 加 中 间包 结 晶器 祷还 学计算和实验研究 了 含钛微合金钢 中 的析 出 规 律 其头验钢 中 的 析 出 温度在 固 相线 以 上很小 钢 不 同 冶炼 阶段钢 中 的 和 含量变化 的 范 围 内 金相 观察结果表 明 析 出 相 的 尺 寸 最 大为 左右 ， 形 状 为 规 则 的 方形 或 多 边 形 。 等 为预测钢 中 和 的 形 成 实验研究 了 一 铁液 中 、 和 的 热 力 学 ， 翻了 相 关 的 基本 热 是 ’ 其次是 和 考 虑 钢 中 化学兀 力 学数据 ， 为其他人 的 研究提供 了 参考 本 文 系 统 鈴量 ， 精炼阶段加招脱氧和 合金化 后 ， 研究 了 钢 冶 炼过程 中 和铸 中 含 ： 夹杂 物 ， 冑 中 生成夹杂物可細反应如式 ⑴ 所示 用 冶金热力 学解释 了 含钛夹杂物 的形成方式和衍变 ’ 机理 ， 实验分析 了 冶 炼过 程 中 和 铸还 中 的 含钦夹 杂 物 ， 分析结果验证了 热力 学计算结果 ， 进而提 出 了 减 ° 少 钢 中 夹杂物 的 建议 ° 理论分析 工艺条件 ， 国 内 某钢 厂 钢 的 生 产 工 艺 为 ： 铁水 预 处 理 脱硫 — 顶底复吹转炉 （ — 精炼处 理—连铸 （ 转炉 出 钢温度 、 精炼加 铝脱氧 以 后加人 对钢水进行合金化 ， 所生产 的 ， 钢化学成分见表 不 同 冶炼 阶段钢 中 和 含量如 图 所示 其中 钢液 含量分别 为 ： 加铝后到 中 间 包 阶段 钢 中 含量相对较 加铝后 破真空 时 中 间 高 ， 为 （ 咒 如 图 所示 ， 钢 中 和 包阶段 结 晶 器 ， 铸 坯 中 元素 会 与 钢 中 直接反 应并 与 钢 中 的 不 同 时段钢液 中 — 直在 左右 夹杂反 应生 成 和 钛氧 化物 到 结 晶 器 阶段 ， 表 钢 的化学 成分 质量 分数 ） 由 于部分夹杂物 （ 主要是 氧化物夹杂 ） 的 上 浮去 除 ， 钢 中 含量降低 （ 约 由 于 和 ； — 的 结合能力 要远远 强 于 和 的 结合能力 ， 当 。 含量急剧 降低 时 钢 中 可 能与 钛 的 氧化物 反应 以 为例 ， 反应 （ 可 能 发生 此 时 取钢 含钛夹杂物 热力 学计算 液温度为 由 于 钢 液 中 和 含量很 常压下钢液 中 元素脱氧 能力 的顺序 为 低 所以 取反应 中 和 的活度系 数近似 为 ， 根据钛 氧 化物 的 标准生 计算式 的 反应 自 由 能 ， 结果 如 式 （ 所示 证 明 成 自 由 能判 断 随着 钢 中 钛含 量增 加 ， 时钛 反应 可 以 发 生 同 样 ， 对于 和 ， 存在 的脱氧产物依次为 氧化物— — — 式 和 （ 以 及 相 对 应 的 自 由 能 公 式 （ 和 — ， 低钛含 量 时所形 成 的 脱 氧 产 物最 可 能 （ 这将导致夹杂物 中 钛氧化物成分减 少

·1176· 北京科技大学学报 第36卷 含量增多 式中，R为摩尔气体常数；T为反应钢液温度，取 4[A1]+3Ti02(s)=3[Ti]+2Al203(s), 1873K:K为反应平衡常数；a为活度 △，G9=-424776+96.6T,Jmol-1,(7) [Ti]+[N]=TiN(s), △，G=△.Ge+RT-InK= △，G9=-314250+115.04T,Jmol-1，(13) n= AG=△，G9+lnK, (14) -424776+96.6T+RT.ln- aAll a(TiN) (15) -170707J小mol-'; (8) K=f[6T%N灯 2[A1]+Ti203(s)=2[Ti]+Al203(s), 以1%溶液为标准态.其中，f表示元素i的活度系 △.G0=-356072+137.7T,Jmol1, (9) 数，用式(16)计算，[%]表示元素i的含量，认为 △G=△G9+RT.lnK= TiN夹杂为纯物质，其活度值a()为1. lg财=∑c[%j]. (16) -356072+137.7T+RT.ln n=-83627J小mol-'； GIAI] 表2给出了计算所用的活度相互作用系数 (10) e9-o).根据图1中间包位置的[0]和[N]含量值 10[A1]+3Ti,03(s)-9[Ti]+5Al203(s), 和表1中数据，利用式(13)~(15)计算得到钢液中 △，G9=-1832968+708.4T,Jmol-1.(11) TN生成自由能△，G和温度T的关系式 A,G=△，Ge+RT.lnK= △，G=-313982+185.03T,Jmol-.(17) -1832968+708.4T+RT-ln10 1aD1=-389400J*mol-1. 图2给出了二者对应的关系.由图可知，温度为 l) 1697K时式(13)达到平衡.当温度高于1697K时， 钢液中TN将分解. (12) 表2活度相互作用系数值 Table 2 Values of interaction coefficient Si Mn Al N 0 Ti -0.11 0.058 212.2/T-0.064 -1.8 -2097.7/T+0.094 N 0.13 0.0057 -0.02 0.045 0.007 0.028 -0.53 0 0.05 20 较高可以形成TN,但是在接下来的冶炼过程中随 着合金化均匀程度提高，生成的TN夹杂也会分解. 10 T=1535-65[C]-8[Si]-5[Mn]-30[P]- 25[S]-2.7[A1]-20[Ti].(18) 在钢液凝固过程中，元素的偏析作用导致剩余 △G-0 4 钢液中[T]、N]和[0]含量都有所增加)，同时 7=1697K 钢液自身温度逐渐降低到1697K以下，使得TN可 -10L 以析出.有研究分别从夹杂物异质形核机理2]和 钢中夹杂物间的晶格错合度3]说明在凝固过程中 -20 6001620164016601680170017201740176017801800 TN会以其他夹杂物为核心形核长大. 温度，TK 热力学分析结果表明，在T-F钢冶炼过程中， 图2Ti-F钢中TN生成吉布斯自由能AG,和温度T的关系 钢液中[A]和[T]元素不仅会与钢液中[0]反应， Fig.2 Relationship between the Gibbs free energy of TiN formation 还会与钢液中已经存在的M0夹杂反应，生成相应 and temperature T of the Ti-IF steel 的Al20,和钛氧化物.T-F钢冶炼过程中，钢液液 钢液的凝固液相线温度T通过式(18)计算为 相线温度高于生成TN的反应温度，因此TN夹杂 1532℃即1805K,大于式(13)的平衡温度(1697 在Ti-F钢冶炼过程中不能形成.凝固过程中由于 K),说明TN夹杂在炼钢过程中不能自发的生成. 温度降低和元素偏析作用，TN夹杂可以在Ti-F钢 即使在加入TiFe合金化阶段由于局部钛元素含量 中析出

北 京 科 技 大 学 学 报 第 卷 含量增 多 式 中 ， 为 摩 尔 气 体 常 数 ； 为 反 应 钢 液 温 度 ， 取 为反应平衡常数 为 活 度 ； 丄 、 「 以 溶 液 为 标准 态 其 中 表 兀素 的 活 度 系 数 ， 用式 （ 化 ） 计算 ’ 。 表示 元 素 的 含 量 ， 认 为 夹杂为 纯物质 其活度值 为 “ ； ‘ 表 给 出 了 计 算 所 用 的 活 度 相 互 作 用 系 数 ： 根据 图 中 间 包 位 置 的 和 含 量 值 和表 中 数据 利用式 （ 计算得到钢液 中 生成 自 由 能 和温度 的关系 式 图 给 出 了 二 者 对 应 的 关 系 由 图 可 知 ， 温 度 为 时式 （ 达 到 平 衡 当 温度 高 于 时 ， 钢 液 中 将分解 表 活 度 相 互作 用 系 数 值 ； — — — — 较高 可 以 形 成 ， 但 是 在 接 下 来 的 冶 炼 过 程 中 随 着合金化均匀 程度 提高 生成 的 夹杂也会分解 在钢 液凝 固 过 程 中 元素 的 偏 析作用 导致 剩余 ° 钢 液 中 、 和 含 量 都 有 所增 加 ， 同 时 钢液 自 身 温度逐 渐降低 到 以 下 ， 使得 可 以 析 出 有研究 分别 从 夹 杂 物 异 质 形 核 机 理 和 钢 中 夹 杂物 间 的 晶 格 错 合 度 说 明 在 凝 固 过 程 中 会 以 其他夹杂物 为 核心形 核长大 ’ 热力 学分析结果表 明 ， 在 钢 冶 炼过程 中 ， 图 钢 中 生 成吉 布斯 自 由 能 和 温度 的关系 钢 液 中 和 元素 不仅会 与 钢 液 中 反 应 ， 还会与 钢 液 中 已 经存在 的 夹 杂反 应 ， 生 成相应 的 和 钛氧化物 钢 冶 炼过程 中 ， 钢 液液 钢 液 的 凝 固 液 相 线 温度 ； 通 过 式 （ 计算 为 相线温度高 于 生 成 的 反 应 温度 ， 因 此 夹 杂 弋 即 ， 大 于 式 （ 的 平 衡 温 度 （ 在 钢冶 炼过程 中 不 能 形 成 凝 固 过程 中 由 于 说明 夹 杂 在 炼钢 过 程 中 不 能 自 发 的 生 成 温度 降低 和 元素 偏 析作用 夹杂可 以 在 钢 即 使在加 人 合 金 化 阶段 由 于 局 部 钛元 素 含 量 中 析 出

第9期 隋亚飞等：F钢中含T夹杂物的衍变规律 1177· 处取铸坯试样，然后在每个铸坯试样的内外弧面附 2实验分析 近和中间部位取正方体金相样和棒状氧氮分析样， 跟踪一炉T-F钢冶炼全过程，按照表3中的 如图4所示. 时间点和要求，分别在RH精炼阶段、中间包和结晶 表3F钢冶炼过程钢液试样选取说明 器处选取钢液试样.为了保持试样中夹杂物形态与 Table 3 Illustration for selection of liquid steel samples during the steel- 钢液中夹杂物形态的一致，所有试样统一采用淬水 making process 激冷的方式进行冷却.所取钢液试样分饼状试样和 冶炼阶段 取样时刻 试样类别 柱状试样两种，如图3所示. 钢水到站 饼状 对钢水冶炼过程试样进行线切割处理，从饼状 脱碳结束 饼状 RH冶炼 试样内部切取中15mm×10mm柱状金相样，从柱状 加铝后 柱状 试样内部切取10mm×10mm×10mm正方体金相 破真空 柱状 样和中5mm×50mm棒状氧氨分析试样. 中间包 大包150t时（浇铸稳定阶段） 柱状 对凝固后的Ti-F钢铸坯取样分析，分别在连 结晶器 大包150t时（浇铸稳定阶段） 柱状 铸稳定时的第四块铸坯尾的边缘处、1/4处和1/2 (a) (b) 30 mm 厚度10mm 70 45 mm 图3饼状试样(a)和柱状试样(b)及规格 Fig.3 Size of the caky (a)and columnar (b)samples 内弧面 拉坏方向 连铸坯内弧面 2 中部 241mm 外弧面 /2 图4连铸坯取样示意图 Fig.4 Schematic diagram for sample selection of the casting billets 使用Leco氧氮分析仪检测试样中T[O]和 杂物的成分与类别.在每个试样上观察分析10~15 T[N]含量，用电子扫描显微镜结合X射线能谱仪 个夹杂物，选取有代表性的分析结果表述钢中非金 分析研磨、抛光后的金相试样，得到钢样中非金属夹 属夹杂物的相关情况. 杂物的形貌、尺寸、分布、成分等信息 3.1冶炼过程中的含钛夹杂物 表4汇总了Ti-F钢各冶炼阶段钢中非金属夹 3结果与讨论 杂物的扫描电镜图片和组成.表4显示IF钢冶炼 通过对T-IF钢试样的氨氧分析得到不同冶炼 的各阶段钢中都没有TN夹杂，与热力学分析结果 阶段钢中和铸坯中T[0]和T[N]含量，如图1所 相吻合，RH冶炼钢水到站和脱碳结束时钢中夹杂 示.分析冶炼过程和铸坯试样的扫描电镜和X射线 物主要是尺寸较小形状不规则的Al,03、Mn0和 能谱仪检测结果，由元素组成和含量推断非金属夹 Fe0的复合颗粒以及表层被低熔点钙铝硅酸盐包

第 期 隋亚飞 等 ： 钢 中 含 夹 杂 物 的 衍变 规律 — 护分析 舰脑雕 麵鶴賴賴測 夕卜 麵 近 和 中 间 部位取正 方 体金 相 样 和 棒 状 氧 氮 分析 样 ， 跟踪一 炉 钢 冶 炼 全过 程 按 照 表 中 的 如 图 所示 时间 点 和要求 分别在 精炼 阶段 、 中 间 包 和结 晶 表 丨 钢 冶炼 过 程 钢 液试样选 取 说 明 器处选取钢 液试样 为 了 保持试样 中 夹杂物形态与 钢 液 中 夹 杂物形 态 的 一 致 ， 所有 试样 统 一 采 用 淬水 激冷 的 方式进行冷却 所取钢 液试样 分饼状试样 和 冶 炼 阶段 取样 时 刻 试样类 别 柱状试样两种 ， 如 图 所示 钢 水 到 站 饼状 对钢 水 冶 炼过 程试样进 行线 切 割 处 理 ， 从 饼状 脱 碳结 束 饼状 冶 炼 试样 内 部切 取 小 柱状金 相 样 ， 从柱状 力 招 后 柱 状 试样 内 部切 取 正 方 体金 相 破 真 空 柱状 样 和 小 棒状氧氮 分析试样 中 间 包 大包 时 浇 铸稳 定 阶段 ） 柱状 对凝 固 后 的 钢 铸 坯 取样 分析 ， 分 别 在 连 结 晶 器 大 包 时 （ 浇 铸稳定 阶段 柱 状 铸稳定 时 的 第 四 块铸 坯 尾 的 边 缘 处 、 处 和 厚度 ■■ 图 饼状 试样 （ 和 柱 状试 样 （ 及 规 格 内 弧 面 拉坯方 连铸坯内 弧 面 ‘ — 中部 ； ； ■ 一 少 ： 少 图 连 铸坯取样示 意 图 使 用 氧 氮 分 析 仪 检 测 试 样 中 和 杂 物 的 成分与 类 别 在每个试样上观察分析 含 量 用 电 子 扫 描 显 微 镜 结 合 射 线 能 谱 仪 个夹 杂物 选取有代 表性 的 分 析结果 表述 钢 中 非 金 分析研磨 、 抛 光后 的 金 相试样 ， 得 到 钢样 中 非 金属 夹 属 夹 杂物 的 相 关情况 杂物 的 形 貌 、 尺 寸 、 分布 、 成分等信息 冶 炼过 程 中 的 含钛 夹 杂物 表 汇总 了 钢 各 冶炼 阶段 钢 中 非 金属 夹 杂物 的扫 描 电 镜 图 片 和 组 成 表 显 示 钢 冶 炼 通 过对 钢试样 的 氮 氧分析得 到 不 同 冶 炼 的 各 阶段钢 中 都 没 有 夹 杂 与 热 力 学 分析结果 阶段 钢 中 和 铸 坯 中 和 含 量 ， 如 图 所 相 吻 合 冶炼钢 水 到 站 和 脱碳结 束 时 钢 中 夹 杂 示 分析冶炼过程 和 铸坯试样 的 扫 描 电 镜 和 射线 物 主 要 是 尺 寸 较 小 形 状 不 规 则 的 、 和 能谱仪检测 结果 ， 由 元素 组 成 和 含 量 推 断非 金 属 夹 的 复 合颗粒 以 及 表 层 被 低 熔点 钙 铝 硅 酸 盐包

·1178· 北京科技大学学报 第36卷 表4T-F钢各冶炼阶段钢中非金属夹杂物 Table 4 Non-metallic inclusions in each IF steelmaking step 治炼阶段 夹杂物形貌 夹杂物成分（质量分数）% 位置1： AL059.52 (a Mn08.47. RH钢水 A1,0,9.41 Fe032.01: 到站 Mn07.85. 位置2： Fe032.74 A1,0323.33 S023.23. 5 um Ca07.39. Fe046.07 a b A1,033.51. AL,0,33.98. RH脱碳 Mn014.59 Mn022.23. 结束 Fe30.45 Si0,9.15. Fe29.19 2.54m 5 um (b) (a) A1.0,83.64 AL0.68.23 T0,1.75. RH加铝后 Ti0,18.65. Fe15.26 Fe13.87 2.5m 25m a b) b A1021.52 Ti0,35.58. RH破真空 A,0,96.89 Ti0,3.11 Ca041.13. Mg01.77 5 um (b) (b) (a) A,0,35.59 A1,0,9831 Ti0.41.95. 中间包 5i06.96. Na,010.74 104m 10m a b) 6) a A1.0,91.87 结晶器 A,0,97.54: Tm0,1.86 10,3.58. fe6.07 5 m 2.5um 裹的大尺寸球形氧化物(20um左右).本阶段TFe 存在.部分小颗粒夹杂物与钢液中氧、钙和钛元素 还没有加入，含钛的夹杂物没有在钢中出现 经过一段时间的反应，到R日破真空时形成了尺寸 RH加铝后，钢液中钛和铝的加入使得式(1)~ 较大(10um以上)的Al,0,、Ca0和Ti02的低熔点 (6)得以进行，此时钢中夹杂物是尺寸小于5um的 复合夹杂Al,0,4Ca0·2Ti02 AL,0,和钛氧化物复合夹杂颗粒，而Mn0夹杂不再 中间包和结晶器中主要的夹杂物是AL,0,复合

北 京 科 技 大 学 学 报 第 卷 表 钢 各冶 炼 阶段 钢 中 非 金 属 夹 杂 物 冶炼 阶段 夹 杂物形貌 夹杂物 成分 质量分数 ■ — ！置 钢水 、 ， 到 站 位置 二 —： “ ￡ ， 加招 后 丨 ， 給 “ 中 间包 響 】 ： 舊 ！ ’ ■ 〒 ° 裹 的 大尺 寸球形氧 化物 左 右 ） 本 阶段 存在 部分小颗 粒 夹 杂 物 与 钢 液 中 氧 、 钙 和 钛元 素 还 没有加 入 含钛 的 夹杂物 没有 在 钢 中 出 现 经过一 段 时 间 的 反 应 ， 到 破真空 时 形成 了 尺 寸 加 铝后 钢 液 中 钛 和 铝 的 加 入使得式 （ 较大 （ 以 上 ） 的 、 和 的 低 熔 点 得 以 进行 此时钢 中 夹 杂 物 是 尺寸 小 于 的 复合夹杂 和钛氧化物 复合夹 杂 颗粒 ， 而 夹 杂 不 再 中 间 包和结 晶 器 中 主要 的 夹 杂物 是 复合