王皓等：稀土Ce对含磷高强IF钢铸轧全过程MS夹杂物影响 5 Mns MnS 20m 20m 图51(a)和2(b)铸还电解后夹杂物形貌对比 Fig.5 Comparison of inclusion morphologies after electrolysis of 1(a)and 2*(b)slabs -1.0 消耗降低了钢中的S的活度，显著影响了Mn与 -1.5 S的结合，从而引起异质形核的核心变少，降低了 -2.0 在高过饱和度条件下，单颗粒MS夹杂物长大成 首 为大尺寸长条状MnS的几率.由图5可看出，稀 -2.5 _-KMns 土加入后大尺寸的MnS夹杂物数量较不加稀土明 -3.0 显降低.因此，在铝脱氧IF钢的生产中，稀土Ce -3.5 的加入可进一步将钢中的大尺寸MnS夹杂物转变 -4.0 为小尺寸，同时减少其数量，为提高产品的洁净度 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 提供了有效方法 图6铸坯中MnS析出规律 2.3Ce对轧制全流程MnS夹杂物形貌及尺寸演 Fig.6 Precipitation of MnS in the slab 变的影响 文献[17)中的热力学计算表明，在低硫情况 为对比稀土对产品中夹杂物的作用效果，通 下(w(S)<0.00050%),钢中硫含量越高，MnS析出 过扫描电镜对轧制各工序试样MS夹杂物检测结 时的凝固分率越小，MnS析出得越早.根据 果统计如图7所示，1热轧板、冷轧板、连退板统 Goto等等提出的夹杂物长大模型，钢液在凝固 计视场下MnS平均尺寸分别为1.45、1.43和1.61um, 过程中，实际浓度与平衡浓度差是夹杂物长大的 2试样各工序MnS平均尺寸分别为为1.25、 驱动力.因MnS析出是由Mn和S的浓度积决定 1.12和1.26m.可以看出，加稀土后MnS在轧制 的.，MnS的最终析出量由S的浓度决定的.MnS的 全过程中尺寸及数量整体都有所降低，与铸坯趋 开始析出温度约为1250℃，其析出温度明显低于 势相同. CeS的析出温度.因此，S与Ce的提前大量结合， 通过轧制各工序MnS夹杂统计数据进一步说 减少了MS的结合析出.由图4及图5可以看出， 明了Ce的添加对产品中夹杂物的控制起到了积 2铸坯各位置的MnS数量明显低于1铸坯 极作用.文献[21]研究计算了低碳钢中MnS的析 在低碳钢凝固过程中，球状MnS夹杂物由偏 出动力学，研究结果表明MnS可在轧制卷取后缓 晶反应生成，条状MS夹杂物则由共晶反应产生 慢风冷过程中不断析出，不同温度和保温时间下 大部分球状MS夹杂物开始形核长大，并以固态 析出量不同，较大的析出量将显著影响产品的力 沉淀的形式在钢液中直接析出.随硫的活度升高 学性能. 而钢的熔点降低，在此条件下的共晶反应得以加 图8为轧制各工序1和2钢板中典型夹杂物 强，使条状MnS夹杂物的自发形核更易进行l例 二维形貌对比分析.由图可以看出，1试样中热 钢中加入稀土Ce,由于Ce与钢中活度O和 轧、冷轧、连退板典型MnS夹杂物在轧制后依然 S结合的吉布斯自由能远远低于Mn和S的结合， 为长条状，尺寸可达10m以上，经过轧制变形及 极易生成稀土氧硫化物.同时稀土硫化物的熔点 退火工艺，大尺寸的MnS夹杂物具有遗传性，形态 均大于MnS,在凝固过程中提前析出2oS的不断 延长，并没有碎化弥散：而2试样中夹杂物类型包文献 [17] 中的热力学计算表明，在低硫情况 下 （w(S)<0.00050%），钢中硫含量越高，MnS 析出 时 的 凝 固 分 率 越 小 ， MnS 析 出 得 越 早 . 根 据 Goto 等[18] 等提出的夹杂物长大模型，钢液在凝固 过程中，实际浓度与平衡浓度差是夹杂物长大的 驱动力. 因 MnS 析出是由 Mn 和 S 的浓度积决定 的，MnS 的最终析出量由 S 的浓度决定的. MnS 的 开始析出温度约为 1250 ℃，其析出温度明显低于 CeS 的析出温度. 因此，S 与 Ce 的提前大量结合， 减少了 MnS 的结合析出. 由图 4 及图 5 可以看出， 2 #铸坯各位置的 MnS 数量明显低于 1 #铸坯. 在低碳钢凝固过程中，球状 MnS 夹杂物由偏 晶反应生成，条状 MnS 夹杂物则由共晶反应产生. 大部分球状 MnS 夹杂物开始形核长大，并以固态 沉淀的形式在钢液中直接析出. 随硫的活度升高 而钢的熔点降低，在此条件下的共晶反应得以加 强，使条状 MnS 夹杂物的自发形核更易进行[19] . 钢中加入稀土 Ce，由于 Ce 与钢中活度 O 和 S 结合的吉布斯自由能远远低于 Mn 和 S 的结合， 极易生成稀土氧硫化物. 同时稀土硫化物的熔点 均大于 MnS，在凝固过程中提前析出[20] . S 的不断 消耗降低了钢中的 S 的活度，显著影响了 Mn 与 S 的结合，从而引起异质形核的核心变少，降低了 在高过饱和度条件下，单颗粒 MnS 夹杂物长大成 为大尺寸长条状 MnS 的几率. 由图 5 可看出，稀 土加入后大尺寸的 MnS 夹杂物数量较不加稀土明 显降低. 因此，在铝脱氧 IF 钢的生产中，稀土 Ce 的加入可进一步将钢中的大尺寸 MnS 夹杂物转变 为小尺寸，同时减少其数量，为提高产品的洁净度 提供了有效方法. 2.3    Ce 对轧制全流程 MnS 夹杂物形貌及尺寸演 变的影响 为对比稀土对产品中夹杂物的作用效果，通 过扫描电镜对轧制各工序试样 MnS 夹杂物检测结 果统计如图 7 所示，1 #热轧板、冷轧板、连退板统 计视场下 MnS 平均尺寸分别为 1.45、1.43 和 1.61 μm， 2 #试 样 各 工 序 MnS 平 均 尺 寸 分 别 为 为 1.25、 1.12 和 1.26 μm. 可以看出，加稀土后 MnS 在轧制 全过程中尺寸及数量整体都有所降低，与铸坯趋 势相同. 通过轧制各工序 MnS 夹杂统计数据进一步说 明了 Ce 的添加对产品中夹杂物的控制起到了积 极作用. 文献 [21] 研究计算了低碳钢中 MnS 的析 出动力学，研究结果表明 MnS 可在轧制卷取后缓 慢风冷过程中不断析出，不同温度和保温时间下 析出量不同，较大的析出量将显著影响产品的力 学性能. 图 8 为轧制各工序 1 #和 2 #钢板中典型夹杂物 二维形貌对比分析. 由图可以看出，1 #试样中热 轧、冷轧、连退板典型 MnS 夹杂物在轧制后依然 为长条状，尺寸可达 10 μm 以上，经过轧制变形及 退火工艺，大尺寸的 MnS 夹杂物具有遗传性，形态 延长，并没有碎化弥散；而 2 #试样中夹杂物类型包 (a) 20 μm MnS 20 μm (b) MnS MnS 图 5    1# （a）和 2 # （b）铸坯电解后夹杂物形貌对比 Fig.5    Comparison of inclusion morphologies after electrolysis of 1# (a) and 2# (b) slabs 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 −4.0 −3.5 −3.0 −2.5 −2.0 −1.5 −1.0 lg Q, lgK g QMnS KMnS 图 6    铸坯中 MnS 析出规律 Fig.6    Precipitation of MnS in the slab 王    皓等： 稀土 Ce 对含磷高强 IF 钢铸轧全过程 MnS 夹杂物影响 · 5 ·