刘洪波等：铝含量对TWIP钢中夹杂物特征及AN析出行为的影响 1015· 表4以往文献中普遍采用的钢液中各元素的一次相互作用系数4-的(1873K) Table 4 First-order interaction parameters commonly used in previous studies(1873K) d→) C n P 0 N 0.091 0.012 0.050 0.030 -6.60 -0.058 0.045 N 0.130 -0.020 0.045 0.007 0.05 0 -0.028 0 -0.450 -0.021 0.070 -0.133 -0.20 0.057 -3.900 △G9=-245900+107.59T. (2) 等9-0采用金属-氮化-气体平衡的方法对高Mn高 上述反应的平衡常数K可表示为： AI钢中元素的相互作用系数，特别是AN形成过程中 lgk=lg A=lgo lga-lgas= A1和N元素的相关热力学数据进行了实验验证，得到 了较为适合高Mn高A!钢中夹杂物热力学计算的基 -lgfl Ig [Al]-lgf's -Ig [N]. (3) 础数据. lg财=∑([%]+y[%]2). (4) 表5为本文采用的最新的适合本文高锰高铝 式中，∫和人分别表示钢中Al和N的活度系数，合金 TWP钢的一次和二次相互作用系数，将其带入式(4) 元素的活度系数计算公式可采用式(4)所示的Wagner 并结合式(6)中最新采用的AN的标准生成吉布斯自 模型进行计算，其中和分别是一次相互作用系数 由能.通过计算可以分别得到采用以往文献中以及最 和二次相互作用系数.需要指出的是，上述关于AN 新的热力学数据时，T4高锰TWIP钢中AIN析出的热 的热力学计算采用的都是以往文献或资料上的热力学 力学条件，结果如表6所示. 数据.事实上，式(1)反应的生成吉布斯自由能 [AI]+[N]=(AIN)(. (5) (△G)和式(4)中的活度相互作用系数（和y)会很 △G9=-303500+134.6T. (6) 大程度的影响TWP钢中AIN析出的热力学条件，这 利用Thermo-Cale热力学软件计算得到T4高锰 是因为本文T4高锰TWP钢中Mn和Al的质量分数高 TWP的液相线温度T=1690K(1417℃)，固相线温 达18%和1.59%，远高于普通钢种.近些年来，Kim 度为T=1591K(1318℃).由表6得到的AN析出 等四、Paek等2,2、Kim等m、Shin等2和Jang 的热力学条件结合表1所示T4钢中的溶质元素含量 表5本文钢液中各元素的一次和二次相互作用系数-2,28：26-0 Table5 Firstorder and secondorer interaction parameters used in the present study 一次和二次相互 1873K(1600℃)时 适用温度范围/K 适用的成分范围 参考文献 作用系数 对应数值 [%Mn]≤22 Mn 0 1823~1873 [%A]≤1.8 Paek等因 0.043±0.0011 1823~1923 [%A]≤4.5 Pack等因 [%A1]:1.2~2.45 0.03±0.0005 1773~1873 [%C]≤3.9 Jang等 N 0.033±0.0024 1823~1923 [%A0≤4.5 Pack等因 [%Mn]≤22 Mn 0 1823~1873 [%A]≤1.8 Pack等因 1 0 1823~1973 [%A0≤4.5 Park等回 [%A1]:1.2~2.45 0 1773~1873 [%C]≤3.9 Jang等阅 N 0 1823~1923 [%A0≤4.5 Jnng等E闭 -0.0233 1773~1873 [%Mn]≤26 Pack等B Mn -0.0209 1823~1923 [%Mn]≤25 Shin等P网 七 0.017 1823~1923 [%A]≤2.5 Pack等n C 0.08 1773-1873 [%C]≤5.2 Jang等网 Mn 0 1773~1873 [%Mn]≤26 Pack等b网 Al 0 1823~1973 [%A]≤2.5 Pack等 C 0.014 1773~1873 [%C]≤5.2 Jang等网刘洪波等: 铝含量对 TWIP 钢中夹杂物特征及 AlN 析出行为的影响 表 4 以往文献中普遍采用的钢液中各元素的一次相互作用系数 ej i ［24--25］( 1873 K) Table 4 First-order interaction parameters commonly used in previous studies［24--25］( 1873 K) ej i ( j→) C Mn P S O N Al Al 0. 091 0. 012 0. 050 0. 030 － 6. 60 － 0. 058 0. 045 N 0. 130 － 0. 020 0. 045 0. 007 0. 05 0 － 0. 028 O － 0. 450 － 0. 021 0. 070 － 0. 133 － 0. 20 0. 057 － 3. 900 ΔG 1 = － 245900 + 107. 59T． ( 2) 上述反应的平衡常数 K 可表示为: lgK = lg αAlN αAlαN = lgαAlN － lgαAl － lgαN = － lgfAl － lg［% Al］－ lgfN － lg［% N］． ( 3) lgfi = ∑ ( e j ·i ［% j］+ γj ·i ［% j］2 ) ． ( 4) 式中，fAl和 fN 分别表示钢中 Al 和 N 的活度系数，合金 元素的活度系数计算公式可采用式( 4) 所示的 Wagner 模型进行计算，其中 e j i 和 γj i 分别是一次相互作用系数 和二次相互作用系数． 需要指出的是，上述关于 AlN 的热力学计算采用的都是以往文献或资料上的热力学 数据． 事 实 上，式 ( 1 ) 反应的生成吉布斯自由能 ( ΔG ) 和式( 4) 中的活度相互作用系数( e j i 和 γj i ) 会很 大程度的影响 TWIP 钢中 AlN 析出的热力学条件，这 是因为本文 T4 高锰 TWP 钢中 Mn 和 Al 的质量分数高 达 18% 和 1. 59% ，远高于普通钢种． 近些年来，Kim 等［23］、Paek 等［12，26］、Kim 等［27］、Shin 等［28］ 和 Jang 等［29--30］采用金属--氮化--气体平衡的方法对高 Mn 高 Al 钢中元素的相互作用系数，特别是 AlN 形成过程中 Al 和 N 元素的相关热力学数据进行了实验验证，得到 了较为适合高 Mn 高 Al 钢中夹杂物热力学计算的基 础数据． 表 5 为本文采用的最新的适合本文高锰高铝 TWIP 钢的一次和二次相互作用系数，将其带入式( 4) 并结合式( 6) 中最新采用的 AlN 的标准生成吉布斯自 由能． 通过计算可以分别得到采用以往文献中以及最 新的热力学数据时，T4 高锰 TWIP 钢中 AlN 析出的热 力学条件，结果如表 6 所示． ［Al］+［N］= ( AlN) ( s) ． ( 5) ΔG 2 = － 303500 + 134. 6T． ( 6) 利用 Thermo--Calc 热力学软件计算得到 T4 高锰 TWIP 的液相线温度 Tliq = 1690 K( 1417 ℃ ) ，固相线温 度为 Tsol = 1591 K( 1318 ℃ ) ． 由表 6 得到的 AlN 析出 的 热力学条件结合表1所示T4钢中的溶质元素含量 表 5 本文钢液中各元素的一次和二次相互作用系数［11--12，23，26--30］ Table 5 First-order and second-order interaction parameters used in the present study［11，12，23，26--30］ 一次和二次相互 作用系数 j 1873 K( 1600 ℃ ) 时 对应数值 适用温度范围/K 适用的成分范围 参考文献 Mn 0 1823 ～ 1873 ［% Mn］≤22 ［% Al］≤1. 8 Paek 等［12］ ej Al Al 0. 043 ± 0. 0011 1823 ～ 1923 ［% Al］≤4. 5 Paek 等［12］ C 0. 03 ± 0. 0005 1773 ～ 1873 ［% Al］: 1. 2 ～ 2. 45 ［% C］≤3. 9 Jang 等［29］ N 0. 033 ± 0. 0024 1823 ～ 1923 ［% Al］≤4. 5 Paek 等［12］ Mn 0 1823 ～ 1873 ［% Mn］≤22 ［% Al］≤1. 8 Paek 等［12］ γj Al Al 0 1823 ～ 1973 ［% Al］≤4. 5 Paek 等［12］ C 0 1773 ～ 1873 ［% Al］: 1. 2 ～ 2. 45 ［% C］≤3. 9 Jang 等［29］ N 0 1823 ～ 1923 ［% Al］≤4. 5 Jung 等［27］ Mn － 0. 0233 1773 ～ 1873 ［% Mn］≤26 Paek 等［26］ － 0. 0209 1823 ～ 1923 ［% Mn］≤25 Shin 等［28］ ej N Al 0. 017 1823 ～ 1923 ［% Al］≤2. 5 Paek 等［11］ C 0. 08 1773 ～ 1873 ［% C］≤5. 2 Jang 等［30］ Mn 0 1773 ～ 1873 ［% Mn］≤26 Paek 等［26］ γj N Al 0 1823 ～ 1973 ［% Al］≤2. 5 Paek 等［12］ C 0. 014 1773 ～ 1873 ［% C］≤5. 2 Jang 等［30］ · 5101 ·