D0I:10.13374/1.issnl00103.2009.s1.015 第31卷增刊1 北京科技大学学报 Vol.31 Suppl.1 2009年12月 Journal of University of Science and Technology Beijing Dee.2009 SiMg、A1单独及复合处理对铁液中夹杂物的影响 文 彬，3)宋波13)毛璟红2)王福明13) 1)北京科技大学治金与生态工程学院，北京1000832)北京科技大学材料科学与工程学院，北京100083 3)北京科技大学生态与循环冶金教有部重点实验室，北京100083 摘要在高温钼丝炉内向铁液中加入SiMg合金、A!及复合添加这两种脱氧剂进行脱氧，并改变其添加顺序，分析过程样中 溶解氧、全氧、残镁量及夹杂物随时间的变化·结果表明：1873K时，铁液中复合添加0.02%（质量分数）的SiMg和0.03%（质 量分数)的A1脱氧，其脱氧程度与只用0.05%的SiMg脱氧相当，而镁的收得率得到提高·SiMg/A1处理的试样中夹杂物数量 随时间的变化与只用SiMg处理时一致，而A/SiMg处理的试样中夹杂物数量随时间的变化与只用AI处理时一致， 关键词硅镁合金：铝：铁液：脱氧：夹杂物 Effect on inclusions in molten iron treated by SiMg,Al and combination of both WEN Bin3),SONG Bo3),MAO Jing-hong2),WANG Fu-ming3) 1)School of Metallurgical and Ecological Engineering.University of Science and Technology Beijing Beijing 100083.China 2)School of Materials Science and Engineering.University of Science and Technology Beijing.Beijing 100083,China 3)Key Lab.of Ecologic 8 Reeyele Metallurgy.Ministry of Education(University of Science and Technology Beijing),Beijing 100083.China ABSTRACT The deoxidation experiments of liquid iron were carried out in the high temperature molybdenum wire furnace by adding SiMg alloy,Al and combination of both.At the same time.the additional sequence of SiMg and Al was changed in the experi- ments.The contents of dissolved and total oxygen and residual magnesium were measured and change of inclusions in molten iron over time was investigated.The results indicate that the limit of deoxidization by the combination of 0.02%(mass fraction)SiMg and 0.03%(mass fraction)Al is comparable with 0.05wt%SiMg only and the yield of Mg in the molten iron treated by the combination is improved greatly at 1873K.In the case of SiMg/Al deoxidation,the change of inclusions amount in samples over time is consistent with that obtained by only SiMg.The change of inclusions amount in samples over time in case of Al/SiMg deoxidation is consistent with that obtained by only Al. KEY WORDS silicon-magnesium alloy:aluminum;molten iron:deoxidation:inclusions 众所周知，钢中非金属夹杂物对钢的性能有重 的作用，得出与铝脱氧相比，镁合金脱氧后夹杂物分 要影响，因此，在减少钢中非金属夹杂物数量的同 布较弥散，夹杂物的粒径有不同程度的减小，钢水的 时，控制其种类、尺寸和分布对提高钢的机械性能非 洁净度也更高·文献[7]研究表明，钢液中细小、弥 常重要山，近年来氧化物治金已成为冶金研究领域 散分布的含镁夹杂物可以作为钢凝固过程中析出相 的热点之一，它是利用钢中细小弥散的氧化物夹杂 的理想的异质形核核心，从而促进钢中针状铁素体 作为各种析出相和晶内铁素体的异质形核基址，细 组织的转变.文献[8]通过对微镁处理的X120管线 化钢的组织，在提高钢材强度的同时显著提高钢材 钢轧制工艺进行热模拟，发现镁铝尖晶石可以在形 的韧性，使强韧性达到最佳匹配，因此，控制钢中氧 变奥氏体内直接诱发晶内铁素体形核，部分夹杂物 化物的弥散析出成为”氧化物冶金”研究领域最重要 也有在形变奥氏体内感生形核的作用，以前的研究 的研究工作之一[] 大多关注单一镁合金对钢液处理的效果，而对复合 李尚兵[]等人研究了镁合金对钢液脱氧脱硫 添加镁合金与铝进行脱氧以及不同脱氧剂的添加顺 收稿日期：2009-10-01 基金项目：国家自然科学基金资助项目(N。.50734008) 作者简介：文彬(1982-)，男，博士研究生，E-mail:wenbin820706@yahoo:com-cn
SiMg、Al 单独及复合处理对铁液中夹杂物的影响 文 彬13） 宋 波13） 毛 红2） 王福明13） 1） 北京科技大学冶金与生态工程学院北京100083 2） 北京科技大学材料科学与工程学院北京100083 3） 北京科技大学生态与循环冶金教育部重点实验室北京100083 摘 要 在高温钼丝炉内向铁液中加入 SiMg 合金、Al 及复合添加这两种脱氧剂进行脱氧并改变其添加顺序分析过程样中 溶解氧、全氧、残镁量及夹杂物随时间的变化．结果表明：1873K 时铁液中复合添加0∙02％（质量分数）的 SiMg 和0∙03％（质 量分数）的 Al 脱氧其脱氧程度与只用0∙05％的 SiMg 脱氧相当而镁的收得率得到提高．SiMg／Al 处理的试样中夹杂物数量 随时间的变化与只用 SiMg 处理时一致而 Al／SiMg 处理的试样中夹杂物数量随时间的变化与只用 Al 处理时一致． 关键词 硅镁合金；铝；铁液；脱氧；夹杂物 Effect on inclusions in molten iron treated by SiMgAl and combination of both W EN Bin 13）SONG Bo 13）MA O Jing-hong 2）W A NG Fu-ming 13） 1） School of Metallurgical and Ecological EngineeringUniversity of Science and Technology BeijingBeijing100083China 2） School of Materials Science and EngineeringUniversity of Science and Technology BeijingBeijing100083China 3） Key Lab．of Ecologic ＆ Recycle MetallurgyMinistry of Education （University of Science and Technology Beijing）Beijing100083China ABSTRACT T he deoxidation experiments of liquid iron were carried out in the high temperature molybdenum wire furnace by adding SiMg alloyAl and combination of both．At the same timethe additional sequence of SiMg and Al was changed in the experiments．T he contents of dissolved and total oxygen and residual magnesium were measured and change of inclusions in molten iron over time was investigated．T he results indicate that the limit of deoxidization by the combination of 0∙02％ （mass fraction） SiMg and 0∙03％ （mass fraction） Al is comparable with0∙05wt％ SiMg only and the yield of Mg in the molten iron treated by the combination is improved greatly at1873K．In the case of SiMg／Al deoxidationthe change of inclusions amount in samples over time is consistent with that obtained by only SiMg．T he change of inclusions amount in samples over time in case of Al／SiMg deoxidation is consistent with that obtained by only Al． KEY WORDS silicon-magnesium alloy；aluminum；molten iron；deoxidation；inclusions 收稿日期：2009-10-01 基金项目：国家自然科学基金资助项目（No．50734008） 作者简介：文彬（1982—）男博士研究生E-mail：wenbin820706＠yahoo．com．cn 众所周知钢中非金属夹杂物对钢的性能有重 要影响．因此在减少钢中非金属夹杂物数量的同 时控制其种类、尺寸和分布对提高钢的机械性能非 常重要［1］．近年来氧化物冶金已成为冶金研究领域 的热点之一它是利用钢中细小弥散的氧化物夹杂 作为各种析出相和晶内铁素体的异质形核基址细 化钢的组织在提高钢材强度的同时显著提高钢材 的韧性使强韧性达到最佳匹配．因此控制钢中氧 化物的弥散析出成为”氧化物冶金”研究领域最重要 的研究工作之一［2—5］． 李尚兵［6］ 等人研究了镁合金对钢液脱氧脱硫 的作用得出与铝脱氧相比镁合金脱氧后夹杂物分 布较弥散夹杂物的粒径有不同程度的减小钢水的 洁净度也更高．文献［7］研究表明钢液中细小、弥 散分布的含镁夹杂物可以作为钢凝固过程中析出相 的理想的异质形核核心从而促进钢中针状铁素体 组织的转变．文献［8］通过对微镁处理的 X120管线 钢轧制工艺进行热模拟发现镁铝尖晶石可以在形 变奥氏体内直接诱发晶内铁素体形核部分夹杂物 也有在形变奥氏体内感生形核的作用．以前的研究 大多关注单一镁合金对钢液处理的效果而对复合 添加镁合金与铝进行脱氧以及不同脱氧剂的添加顺 第31卷 增刊1 2009年 12月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．31Suppl．1 Dec．2009 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2009．s1．015
Vol.31 Suppl.I 文彬等：SiMg、1单独及复合处理对铁液中夹杂物的影响 ,109 序对钢中夹杂物的影响则较少研究，本文在实验室 加SiMg、Al脱氧时，其脱氧程度与只用SiMg脱氧 条件下，通过向铁液中分别加入SiMg合金、Al以及 相当，由于复合添加时镁的加入量较少，因此，钢液 复合添加这两种脱氧剂进行脱氧，并变化其添加顺 的喷溅程度得到明显改善 序，研究脱氧过程中溶解氧、全氧、残镁量及夹杂物 表2脱氧剂加入前后铁液中的溶解氧及全氧含量（质量分数） 随时间的变化规律，为钢中镁氧化物冶金的应用提 [0]/10-6 [0]r/10-6 供相关依据 脱氧剂 1# 2# 1# 6# 1实验过程 Al 112 7.5 160 24 Al/SiMg 183 1.8 290 33 本实验采用初始溶解氧质量分数为0.015%左 SiMg 169 1.5 270 19 右的纯铁作为原料，纯铁的成分如表1所示 SiMg/Al 130 0.5 240 29 表1：工业纯铁化学成分（质量分数） % Si Mn P S Cr Ni Cu Al 2.2最终镁含量 0.0030.010.150.0120.0080.010.010.010.01 单独添加SiMg与复合添加的情况下，凝固后 终样中的镁含量如表3所示，可以看出，最终的凝固 冶炼实验在高温钼丝炉内进行，炉内通氩气保 试样中镁含量均很低，只有1×10-5左右.由于镁 护，用PtRh30PtRh6热电偶配合FP93系列自动程 的沸点低，蒸汽压高，因此，镁合金粉进入铁水后首 序控温仪控制炉温，控温精度士2℃.将盛有300g 先汽化，然后镁蒸汽逐渐溶解到铁水中去，研究表 纯铁的氧化铝坩埚（Φ45mm×100mm)放入高温炉 明[，溶解的镁在钢中起主导作用，所以加快镁气 内，通电加热升温.铁料加热至1600℃熔化后，保 泡向铁水中的溶解速度，提高铁水中镁的溶解度是 温l5min,待铁液完全熔清后，用固体电解质定氧测 关系到镁处理效果的关键，复合添加Al和SiMg合 头测定铁液中溶解氧，并用直径为Φ6mm的石英管 金时，镁的收得率达到4%左右，而单加SiMg合金 取空白样.然后用插入法分别将Al、SiMg合金（含 时，镁的收得率只有2%左右，说明复合添加Al和 Mg20%)以及SiMg与A1复合脱氧剂加入铁液深处 SiMg合金可以降低Mg的蒸发速度，提高镁合金利 进行脱氧处理，单独加入时，镁、铝添加量均为 用率. 0.05%,复合加入时，A1加入量为0.03%，Mg加入 表3试样中最终镁含量（质量分数） 量为0.02%.添加完脱氧剂后，立即用定氧测头测 脱氧剂 SiMg Al/SiMg SiMg/Al 定铁液中脱氧后的溶解氧含量·随后对铁液进行保 [%Mg]/% 0.0012 0.0009 0.0007 温，分别在保温时间为0、5、10、15min时取过程样. 随后断电铁液随炉冷却，温度降至1200℃时，取出 2.3夹杂物变化 坩埚淬火，得1200℃凝固结束后淬火试样，各试样 2.3.1夹杂物种类及尺寸 的标号情况为：保温0、5、10、15min时取的过程样 脱氧前原始样中夹杂物的SEM及EDS分析如 依次标号为2#、3井、4#、5#，原始样和凝固后淬 图1所示，分别用AL,SiMg单独处理和AI/SiMg、 火样分别标号为1#和6# SiMg/Al复合处理的最终样中夹杂物的SEM及 实验所得试样经加工、清洗处理后制成金相样， EDS分析如图2~5所示.从图1可以看到，原始样 用配有能谱仪的扫描电子显微镜对夹杂物进行成分 中夹杂物为尺寸5m左右的Si一Mn一Al复合氧化 分析并观察形貌，用定量金相法在光学显微镜下统 物，呈球形.从图3、图5中可以看到，经SiMg和 计试样中夹杂物的颗粒尺寸及数量，钢中全氧含量 SiMg/Al处理后，夹杂物尺寸明显减小，为2m左 用红外吸收法测定，残镁量用ICP一AES法测定. 右，形状近似球形，组成变为Mg一A1尖晶石类夹杂 2 实验结果及分析 物.而经Al和Al/SiMg处理后，夹杂物成分分别为 纯的A12O3和Mg一A1尖晶石类夹杂物，尺寸大小基 2.1溶解氧及全氧含量变化 本一致，为5m左右，呈球形或楔形，如图2和图4 脱氧剂加入前后铁液中溶解氧及全氧含量变化 所示，从夹杂物的分布和形貌观察可以初步得出， 如表2所示，从表2中可以看出，添加脱氧剂后，钢 Al/SiMg复合处理时夹杂物随时间的变化与只用 液中的溶解氧和全氧含量均大幅度降低，但SiMg Al处理的一致，而SiMg/Al复合处理时夹杂物随时 或Al单独脱氧时，SiMg的脱氧能力大于Al;复合添 间的变化与只用SiMg处理的一致
序对钢中夹杂物的影响则较少研究．本文在实验室 条件下通过向铁液中分别加入 SiMg 合金、Al 以及 复合添加这两种脱氧剂进行脱氧并变化其添加顺 序研究脱氧过程中溶解氧、全氧、残镁量及夹杂物 随时间的变化规律为钢中镁氧化物冶金的应用提 供相关依据． 1 实验过程 本实验采用初始溶解氧质量分数为0∙015％左 右的纯铁作为原料纯铁的成分如表1所示． 表1 工业纯铁化学成分（质量分数） ％ C Si Mn P S Cr Ni Cu Al 0∙003 0∙01 0∙15 0∙0120∙008 0∙01 0∙01 0∙01 0∙01 冶炼实验在高温钼丝炉内进行炉内通氩气保 护用 PtRh30—PtRh6热电偶配合 FP93系列自动程 序控温仪控制炉温控温精度±2℃．将盛有300g 纯铁的氧化铝坩埚（Φ45mm×100mm）放入高温炉 内通电加热升温．铁料加热至1600℃熔化后保 温15min待铁液完全熔清后用固体电解质定氧测 头测定铁液中溶解氧并用直径为Φ6mm 的石英管 取空白样．然后用插入法分别将 Al、SiMg 合金（含 Mg20％）以及 SiMg 与 Al 复合脱氧剂加入铁液深处 进行脱氧处理．单独加入时镁、铝添加量均为 0∙05％复合加入时Al 加入量为0∙03％Mg 加入 量为0∙02％．添加完脱氧剂后立即用定氧测头测 定铁液中脱氧后的溶解氧含量．随后对铁液进行保 温分别在保温时间为0、5、10、15min 时取过程样． 随后断电铁液随炉冷却．温度降至1200℃时取出 坩埚淬火得1200℃凝固结束后淬火试样．各试样 的标号情况为：保温0、5、10、15min 时取的过程样 依次标号为2＃、3＃、4＃、5＃原始样和凝固后淬 火样分别标号为1＃和6＃． 实验所得试样经加工、清洗处理后制成金相样 用配有能谱仪的扫描电子显微镜对夹杂物进行成分 分析并观察形貌．用定量金相法在光学显微镜下统 计试样中夹杂物的颗粒尺寸及数量．钢中全氧含量 用红外吸收法测定残镁量用 ICP—AES 法测定． 2 实验结果及分析 2∙1 溶解氧及全氧含量变化 脱氧剂加入前后铁液中溶解氧及全氧含量变化 如表2所示．从表2中可以看出添加脱氧剂后钢 液中的溶解氧和全氧含量均大幅度降低但 SiMg 或 Al 单独脱氧时SiMg 的脱氧能力大于 Al；复合添 加 SiMg、Al 脱氧时其脱氧程度与只用 SiMg 脱氧 相当由于复合添加时镁的加入量较少因此钢液 的喷溅程度得到明显改善． 表2 脱氧剂加入前后铁液中的溶解氧及全氧含量（质量分数） 脱氧剂 ［O］／10—6 ［O］ T／10—6 1＃ 2＃ 1＃ 6＃ Al 112 7∙5 160 24 Al／SiMg 183 1∙8 290 33 SiMg 169 1∙5 270 19 SiMg／Al 130 0∙5 240 29 2∙2 最终镁含量 单独添加 SiMg 与复合添加的情况下凝固后 终样中的镁含量如表3所示可以看出最终的凝固 试样中镁含量均很低只有1×10—5左右．由于镁 的沸点低蒸汽压高因此镁合金粉进入铁水后首 先汽化然后镁蒸汽逐渐溶解到铁水中去．研究表 明［9］溶解的镁在钢中起主导作用所以加快镁气 泡向铁水中的溶解速度提高铁水中镁的溶解度是 关系到镁处理效果的关键．复合添加 Al 和 SiMg 合 金时镁的收得率达到4％左右而单加 SiMg 合金 时镁的收得率只有2％左右说明复合添加 Al 和 SiMg 合金可以降低 Mg 的蒸发速度提高镁合金利 用率． 表3 试样中最终镁含量（质量分数） 脱氧剂 SiMg Al／SiMg SiMg／Al ［％Mg］／％ 0∙0012 0∙0009 0∙0007 2∙3 夹杂物变化 2∙3∙1 夹杂物种类及尺寸 脱氧前原始样中夹杂物的 SEM 及 EDS 分析如 图1所示分别用 Al、SiMg 单独处理和 Al／SiMg、 SiMg／Al 复合处理的最终样中夹杂物的 SEM 及 EDS 分析如图2～5所示．从图1可以看到原始样 中夹杂物为尺寸5μm 左右的 Si—Mn—Al 复合氧化 物呈球形．从图3、图5中可以看到经 SiMg 和 SiMg／Al 处理后夹杂物尺寸明显减小为2μm 左 右形状近似球形组成变为 Mg—Al 尖晶石类夹杂 物．而经 Al 和 Al／SiMg 处理后夹杂物成分分别为 纯的 Al2O3 和 Mg—Al 尖晶石类夹杂物尺寸大小基 本一致为5μm 左右呈球形或楔形如图2和图4 所示．从夹杂物的分布和形貌观察可以初步得出 Al／SiMg 复合处理时夹杂物随时间的变化与只用 Al 处理的一致而 SiMg／Al 复合处理时夹杂物随时 间的变化与只用 SiMg 处理的一致． Vol．31Suppl．1 文 彬等： SiMg、Al 单独及复合处理对铁液中夹杂物的影响 ·109·
,110 北京科技大学学报 2009年增刊1 a (a) 5 um 、120r0 2.5um (b) Fe 40 M恤e (b) 150 100 Mg 10 50 E/keV )瓶票 图1原始样中夹杂物形貌(a)和能谱分析(b) E/keV 图4 Al/SiMg复合处理的终样中夹杂物形貌(a)和能谱分析(b) (a) (a) 2.5μum 2.5m (b) 500 400 ) (b) 8120 100 40 0 0 E/keV 0 d 10 E/kev 图2A1处理的终样中夹杂物形貌(a)和能谱分析(b) 图5SiMg/AL复合处理的终样中夹杂物形貌(a)和能谱分析(b) 2.3.2夹杂物数量与分布 (a) 为了精确地分析试样中夹杂物的大小及分布情 况，本实验用定量金相法在光学显微镜800倍视场 下进行观察，统计30个视场，记录每个视场的夹杂 物尺寸及数量 单位面积上夹杂物的总个数按以下公式计 算10： ∑ 2.5Hm I- NπD2/4’ (b) 150 Fe 式中：I为单位面积上显微夹杂物的总个数，个· 《双和)利器 1 Mg 50 mm一2；n:为不同级别夹杂物个数；D为显微镜的视 Fe 场直径，本计算中，D=160×1.25×10-3mm;N 4 6 E/keV 为试样观察视场数，本计算中N=30 各脱氧剂处理的试样中夹杂物尺寸分布情况如 图3 SiMg处理的终样中夹杂物形貌(a)和能谱分析(b) 图6所示，从图6可以看到，SiMg和SiMg/Al处理
图1 原始样中夹杂物形貌（a）和能谱分析（b） 图2 Al 处理的终样中夹杂物形貌（a）和能谱分析（b） 图3 SiMg 处理的终样中夹杂物形貌（a）和能谱分析（b） 图4 Al／SiMg 复合处理的终样中夹杂物形貌（a）和能谱分析（b） 图5 SiMg／Al 复合处理的终样中夹杂物形貌（a）和能谱分析（b） 2∙3∙2 夹杂物数量与分布 为了精确地分析试样中夹杂物的大小及分布情 况本实验用定量金相法在光学显微镜800倍视场 下进行观察统计30个视场记录每个视场的夹杂 物尺寸及数量． 单位面积上夹杂物的总个数按以下公式计 算［10］： I＝ ∑ni NπD 2／4 式中：I 为单位面积上显微夹杂物的总个数个· mm —2 ；ni 为不同级别夹杂物个数；D 为显微镜的视 场直径本计算中D＝160×1∙25×10—3 mm；N 为试样观察视场数本计算中 N＝30． 各脱氧剂处理的试样中夹杂物尺寸分布情况如 图6所示从图6可以看到SiMg 和 SiMg／Al 处理 ·110· 北 京 科 技 大 学 学 报 2009年 增刊1
Vol.31 Suppl.I 文彬等：SiMg、A1单独及复合处理对铁液中夹杂物的影响 ,111 的试样中夹杂物尺寸均在7m以下，小于5m的 杂物数量波动都不大，但是在凝固过程中，A1和A1/ 夹杂分别占夹杂物总数的99%和98.5%，而A1和 SiMg处理的试样中，夹杂物数量迅速攀升至最大， Al/SiMg处理的试样中夹杂物尺寸分布较宽，尤其 比SiMg和SiMg/Al处理的要多许多 是大于5m的夹杂物分别占夹杂总数的8.57%和 25 8.47%,有些甚至大于7m 20 -Al ·Al/SiMg 300F SiMg AI -SiMg/Al 250 Al/SiMg 200 圆SiMg ☐SiMg/A1 5 100 10 15 20 保持时间min 25 5-7 夹杂物尺寸um 图8过程样中5~7m的夹杂物数量随时间变化 图6最终样的夹杂物尺寸分布 图9是单位面积上显微夹杂的总个数Ⅰ值随时 间的变化，从图9中同样可以看出，SiMg/Al复合 过程样中1~2m的夹杂物数量随时间的变化 处理时单位面积上夹杂物数量随时间的变化与只用 如图7所示.从图7中可以看到，在保温0~5min SiMg合金处理的一致，而Al/SiMg复合处理时单 时间内，1~2m的夹杂物数量均有不同程度的减 位面积上夹杂物数量随时间的变化【最小，其次是 少.在保温5~10mim时间内，夹杂物的数量均迅速 SiMg/A复合处理的，用Al和用Al处理的一致.最 增加，且Al和Al/SiMg处理时增加幅度比SiMg和 终样中，SiMg合金处理的I最小，其次是SiMg/Al SiMg/Al处理的更大，说明在这个过程中，AI和A1/ 复合处理的，用Al和Al/SiMg复合处理的I值最大 SMg处理生成了大量细小的氧化物夹杂.在保温 且相差不大，就夹杂物的分散性而言，显然用SiMg 10~15min时间里，Al、Al/SiMg处理与SiMg、 处理和SiMg/Al复合处理更好 SiMg/Al处理的试样中1~2m夹杂物数量随时间 的变化出现了不同趋势，Al和A1/SiMg处理的试样 500F 。AI ◆Al/SiMg 中，夹杂物数量开始减少，而SiMg和SiMg/Al处理 450 SiMg SiMg/Al 的试样中，夹杂物以更大的幅度继续增加.可以认 400 为，在本实验条件下为获得细小的夹杂物，A1和A1/ SiMg脱氧的处理时间以10min左右为宜，而SiMg 350 和SiMg/Al处理的保温时间约为l5min. 300 10 Al 450 保持时间min ◆Al/SiMg 400 SiMg SiMg/Al 图9过程样中I随时间变化 350 300 3结论 250 (I)复合添加SiMg、Al脱氧时，其脱氧程度与 200L 1015 20 只用SiMg脱氧相当，而钢液的喷溅程度得到明显 保持时间min 改善.复合添加可以降低Mg的蒸汽压，从而提高 图7过程样中1~2m的夹杂物数量随时间变化 其利用率 图8为过程样中5~7m夹杂物数量随时间的 (2)SiMg和SiMg/Al处理的试样中夹杂物数 变化情况.从图8中可以看到，用SiMg处理的试样 量随时间的变化一致，小于5m的夹杂分别占夹杂 中夹杂物数量随时间的变化与用SiMq/Al复合处 总数的99%和98.5%，而Al和A/SiMg处理的试 理的基本一致，用SiMg处理的试样中5~7m夹杂 样中夹杂物数量随时间的变化一致，尺寸分布较宽， 物更少：而用A1处理的试样中夹杂物数量变化与 大于5m的夹杂物分别占夹杂总数的8.57%和 AI/SiMg复合处理的基本一致.在保温过程中，夹 8.47%
的试样中夹杂物尺寸均在7μm 以下小于5μm 的 夹杂分别占夹杂物总数的99％和98∙5％而 Al 和 Al／SiMg 处理的试样中夹杂物尺寸分布较宽尤其 是大于5μm 的夹杂物分别占夹杂总数的8∙57％和 8∙47％有些甚至大于7μm． 图6 最终样的夹杂物尺寸分布 过程样中1～2μm 的夹杂物数量随时间的变化 如图7所示．从图7中可以看到在保温0～5min 时间内1～2μm 的夹杂物数量均有不同程度的减 少．在保温5～10min 时间内夹杂物的数量均迅速 增加且 Al 和 Al／SiMg 处理时增加幅度比 SiMg 和 SiMg／Al 处理的更大说明在这个过程中Al 和 Al／ SiMg 处理生成了大量细小的氧化物夹杂．在保温 10～15min 时间里Al、Al／SiMg 处 理 与 SiMg、 SiMg／Al 处理的试样中1～2μm 夹杂物数量随时间 的变化出现了不同趋势Al 和 Al／SiMg 处理的试样 中夹杂物数量开始减少而 SiMg 和 SiMg／Al 处理 的试样中夹杂物以更大的幅度继续增加．可以认 为在本实验条件下为获得细小的夹杂物Al 和 Al／ SiMg 脱氧的处理时间以10min 左右为宜而 SiMg 和 SiMg／Al 处理的保温时间约为15min． 图7 过程样中1～2μm 的夹杂物数量随时间变化 图8为过程样中5～7μm 夹杂物数量随时间的 变化情况．从图8中可以看到用 SiMg 处理的试样 中夹杂物数量随时间的变化与用 SiMg／Al 复合处 理的基本一致用SiMg 处理的试样中5～7μm 夹杂 物更少；而用 Al 处理的试样中夹杂物数量变化与 Al／SiMg 复合处理的基本一致．在保温过程中夹 杂物数量波动都不大但是在凝固过程中Al 和 Al／ SiMg 处理的试样中夹杂物数量迅速攀升至最大 比 SiMg 和 SiMg／Al 处理的要多许多． 图8 过程样中5～7μm 的夹杂物数量随时间变化 图9是单位面积上显微夹杂的总个数 I 值随时 间的变化．从图9中同样可以看出SiMg／Al 复合 处理时单位面积上夹杂物数量随时间的变化与只用 SiMg 合金处理的一致而 Al／SiMg 复合处理时单 位面积上夹杂物数量随时间的变化 I 最小其次是 SiMg／Al 复合处理的用 Al 和用 Al 处理的一致．最 终样中SiMg 合金处理的 I 最小其次是 SiMg／Al 复合处理的用 Al 和 Al／SiMg 复合处理的 I 值最大 且相差不大．就夹杂物的分散性而言显然用 SiMg 处理和 SiMg／Al 复合处理更好． 图9 过程样中 I 随时间变化 3 结论 （1） 复合添加 SiMg、Al 脱氧时其脱氧程度与 只用 SiMg 脱氧相当而钢液的喷溅程度得到明显 改善．复合添加可以降低 Mg 的蒸汽压从而提高 其利用率． （2） SiMg 和 SiMg／Al 处理的试样中夹杂物数 量随时间的变化一致小于5μm 的夹杂分别占夹杂 总数的99％和98∙5％而 Al 和 Al／SiMg 处理的试 样中夹杂物数量随时间的变化一致尺寸分布较宽 大于5μm 的夹杂物分别占夹杂总数的8∙57％和 8∙47％． Vol．31Suppl．1 文 彬等： SiMg、Al 单独及复合处理对铁液中夹杂物的影响 ·111·
,112 北京科技大学学报 2009年增刊1 (3)SiMg合金处理时单位面积的夹杂物总数 tion and desulphurization of molten steel.Iron Steel Vanadium 最少，其次是SiMg/Al复合处理的，就夹杂物的弥 Titanium,2007,28(2):74 (李尚兵，王谦，何生平.镁合金对钢液脱氧脱硫的作用·钢铁钒 散分布而言，显然用SiMg处理和SiMg/Al复合处 钛，2007,28(2)：74) 理更好 [7 Chai F,Yang C F,Su H,et al.Effect of magnesium on inclusion 参考文献 formation in Ti-killed steels and microst ructural evolution in weld- ing induced coarse-grained heat affected zone.J Iron Steel Res [1]Yamada W,Matsumiya T.Development of simulation model for 1m,2009,16(1):69 composition change of nonmetallic inclusions during solidification of steel//Proceedings of the Sixth International Iron and Steel [8]Li T Q,Bao Y P,Liu J H,et al.The Effect of Inclusions Con- Congress.ISIJ.Nagoya.1990:618 taining Mg in X120 Pipeline steel on Deformed Austenite and -a Transformation.Iron Steel,2009.44(7):65 [2]Li X M.Zheng S B.Zheng Q,et al.Oxides metallurgy.Shang hai Met,2005,27(5):55 (李太全，包燕平，刘建华，等，X120管线钢镁铝尖晶石对形变 奥氏体及广a相变的影响.钢铁，2009,44(7)：65) (李新明，郑少波，郑庆，等.钢的氧化物治金技术。上海金属， 2005,27(5):55) [9]GaoZP.Steelmaking Technology.Beijing:Metallurgical Indus- [3]Oystein G.Leiv K,Casper E.Microstructure control of steels try Press.2006:41 through dispersoid metallurgy using novel grain refining alloys. (高泽平.炼钢工艺学.北京：冶金工业出版社，2006：41) 1SJ1n,2006,46(6):824 [10]The state administration of quality supervision,inspection and [4]Babu S S,David S A.Inclusion formation and microstructure quarantine national standardization management committee.GB/ evolution in low alloy steel welds.ISIJ Int.2002.42(12):1344 T10561-2005.Steel-Determination of Content of Nonmetallic [5]Liu 2Z,Mamoru K.Recent progress in oxide metallurgy tech- Inclusions Micrographic Method Using Standards Diagrams. nology and its application.Steelmaking.2007.23(3):7 Beijing:China Standard Press,2005 (刘中柱，桑原守，氧化物冶金技术的最新进展及其实践，炼钢， (国家质量监督检验检疫总局国家标准化管理委员会，GB/ 2007,23(3):7) T10561一2005.钢中非金属夹杂物含量的测定标准评级图显 [6]Li S B.Wang Q.He S P.Effect of magnesium alloy on deoxida- 微检验法.北京：中国标准出版社，2005)
（3） SiMg 合金处理时单位面积的夹杂物总数 最少其次是 SiMg／Al 复合处理的就夹杂物的弥 散分布而言显然用 SiMg 处理和 SiMg／Al 复合处 理更好． 参 考 文 献 ［1］ Yamada WMatsumiya T．Development of simulation model for composition change of nonmetallic inclusions during solidification of steel∥ Proceedings of the Sixth International Iron and Steel Congress．ISIJNagoya1990：618 ［2］ Li X MZheng S BZheng Qet al．Oxides metallurgy．Shanghai Met200527（5）：55 （李新明郑少波郑庆等．钢的氧化物冶金技术．上海金属 200527（5）：55） ［3］ ∅ystein GLeiv KCasper E．Microstructure control of steels through dispersoid metallurgy using novel grain refining alloys． ISIJ Int200646（6）：824 ［4］ Babu S SDavid S A．Inclusion formation and microstructure evolution in low alloy steel welds．ISIJ Int200242（12）：1344 ［5］ Liu Z ZMamoru K．Recent progress in oxide metallurgy technology and its application．Steelmaking200723（3）：7 （刘中柱桑原守．氧化物冶金技术的最新进展及其实践．炼钢 200723（3）：7） ［6］ Li S BWang QHe S P．Effect of magnesium alloy on deoxidation and desulphurization of molten steel．Iron Steel V anadium Titanium200728（2）：74 （李尚兵王谦何生平．镁合金对钢液脱氧脱硫的作用．钢铁钒 钛200728（2）：74） ［7］ Chai FYang C FSu Het al．Effect of magnesium on inclusion formation in T-i killed steels and microstructural evolution in welding induced coarse-grained heat affected zone．J Iron Steel Res Int200916（1）：69 ［8］ Li T QBao Y PLiu J Het al．The Effect of Inclusions Containing Mg in X120Pipeline steel on Deformed Austenite andγ-α Transformation．Iron Steel200944（7）：65 （李太全包燕平刘建华等．X120管线钢镁铝尖晶石对形变 奥氏体及 γ—α相变的影响．钢铁200944（7）：65） ［9］ Gao Z P．Steelmaking Technology．Beijing：Metallurgical Industry Press2006：41 （高泽平．炼钢工艺学．北京：冶金工业出版社2006：41） ［10］ The state administration of quality supervisioninspection and quarantine national standardization management committee．GB／ T10561—2005．Steel-Determination of Content of Nonmetallic Inclusion-s Micrographic Method Using Standards Diagrams． Beijing：China Standard Press2005 （ 国家质量监督检验检疫总局国家标准化管理委员会．GB／ T10561—2005．钢中非金属夹杂物含量的测定标准评级图显 微检验法．北京：中国标准出版社2005） ·112· 北 京 科 技 大 学 学 报 2009年 增刊1