·768 工程科学学报，第41卷，第6期 MnS AL.O,-MnS ALO.-MnS Al-Mg-0-Mn-S Al-Mg-0-Mn-S MnS-MgS 8 & a MnS ALO.-MnS Al-Mg-0-Mn-S Mns-Mgs MnS-MgS Mn 9 (b) Re-Al-Mg-S-0 Re-Mn-S-0 Re-Al-Mg-S-O Re-Mg-Al-Mn-S-O Re-Mg-Al-Mn-S-O Re-Mn-S-0 回 Re-Mg-S-0 Re-Mg-S-O Re-Vn-S-0 Re-S-0 Re-s-0 Re-Mg-Mn-S-0 团 图5稀土-镁复合处理后的夹杂物形貌.(a)0(Mg)=7×10-6:(b)e(Mg)=3.4×10-5:(c)(Re)=0.0237%,w(Mg)=1.0×10-5: (d)o(Re=0.04019%,e(Mg)=3.1x10-5 Fig.5 Morphology of typical inclusions in steel with rare earth and magnesium complex treatment:(a)(Mg)=710;(b)(Mg)=3.4x 10-5:(c)w(Re)=0.0237%,r(Mg)=1.0×10-5:(d)e(Re)=0.0401%,w(Mg=3.1x10-5 心形核.由于Mgs的稳定性很高，在形成MnS的同 △G9=765440-359.65T (4) 时S也会与Mg发生反应形成MgS夹杂，从而形成 A-Mg0-MnS复合夹杂，如图6所示.所以在含 lgK-39767+18.78=%Mg T f·[%Ce]2·ao 镁7×10-6的钢中，A山，03夹杂占比仅为0.73%，而 式中，K为平衡常数.假设T=1873K,取活度系数f Al-Mg-0-Mn-S夹杂物含量最多，为44.85% (表4).随着镁含量的进一步增加，A山，03夹杂继续 为1l,e9=l,a0=1,可得%M [%Ce=2.75× 降低，Al-MgO-MnS夹杂进一步增加.比如在镁 10-3 含量3.4×10-5的钢中，Al203夹杂占比为0.6%， 由上述计算结果可知，当Mg质量分数为3.0× Al-Mg0-MnS夹杂占比为54.98%. 10-5时，只需0.003%的Ce反应(4)就可以发生. 而当稀土（以Ce为例）加入到镁处理钢中时， 因此在钢中加入少量稀土后，钢中含镁氧化物夹杂 主要发生如下几个反应2,20： 数量变少，稀土加入量增大之后，钢中几乎不存在没 2[Ce]+3[o]=Ce203a 有稀土的含镁氧化物夹杂，如表3所示.当钢中的 △G9=--1428760+359.39T (1) 稀土为0.0908%，Mg为3.4×10-5时，Al-Mg-S- 2Ce]+2[o]+S]=Ce,02So Mn0夹杂物仅为0.67%，其余的均为稀土夹杂物. 如反应式(2)所示，稀土与S也极易形成化合 △G9=-1351400+331.05T (2) 物，因此当钢中加入稀土时，会形成大量的Re-S-0 [Mg][0]=Mg0 的复合夹杂物.如表3所示，稀土质量分数从 △G9=-731400+239.68T (3) 0.237%0.0424%0.0908%,CeHa50夹杂物 联合式(1)和(3)可得： 的比例为0.89%→10.10%→87.33%，且夹杂物的 2 [Ce]+3MgO =Ce203(+3 [Mg] 尺寸更加细小.工程科学学报，第 41 卷，第 6 期 图 5 稀土--镁复合处理后的夹杂物形貌． ( a) w( Mg) = 7 × 10 － 6 ; ( b) w( Mg) = 3. 4 × 10 － 5 ; ( c) w( Ｒe) = 0. 0237% ，w( Mg) = 1. 0 × 10 － 5 ; ( d) w( Ｒe) = 0. 0401% ，w( Mg) = 3. 1 × 10 － 5 Fig． 5 Morphology of typical inclusions in steel with rare earth and magnesium complex treatment: ( a) w( Mg) = 7 × 10 － 6 ; ( b) w( Mg) = 3. 4 × 10 － 5 ; ( c) w( Ｒe) = 0. 0237% ，w( Mg) = 1. 0 × 10 － 5 ; ( d) w( Ｒe) = 0. 0401% ，w( Mg) = 3. 1 × 10 － 5 心形核． 由于 MgS 的稳定性很高，在形成 MnS 的同 时 S 也会与 Mg 发生反应形成 MgS 夹杂，从而形成 Al--Mg--O--Mn--S 复合夹杂，如图 6 所示． 所以在含 镁 7 × 10 － 6的钢中，Al2O3 夹杂占比仅为 0. 73% ，而 Al--Mg--O--Mn--S 夹 杂 物 含 量 最 多，为 44. 85% ( 表 4) ． 随着镁含量的进一步增加，Al2O3 夹杂继续 降低，Al--Mg--O--Mn--S 夹杂进一步增加． 比如在镁 含量 3. 4 × 10 － 5 的钢中，Al2O3 夹杂占比为 0. 6% ， Al--Mg--O--Mn--S 夹杂占比为 54. 98% ． 而当稀土( 以 Ce 为例) 加入到镁处理钢中时， 主要发生如下几个反应［12，21］: 2［Ce］+ 3［O］Ce2O3( s) ΔG = － 1428760 + 359. 39T ( 1) 2［Ce］+ 2［O］+［S］Ce2O2 S( s) ΔG = － 1351400 + 331. 05T ( 2) ［Mg］+［O］MgO( s) ΔG = － 731400 + 239. 68T ( 3) 联合式( 1) 和( 3) 可得: 2［Ce］+ 3MgO Ce  2O3( s) + 3［Mg］ ΔG = 765440 － 359. 65T ( 4) lgK = 39976. 7 T + 18. 78 = αCe2O3 ·f 3 Mg·［% Mg］3 f 2 Ce·［% Ce］2 ·α3 MgO 式中，K 为平衡常数． 假设 T = 1873 K，取活度系数 f 为 1，αCe2O3 = 1，αMgO = 1，可得［% Mg］3 ［% Ce］2 = 2. 75 × 10 － 3 ． 由上述计算结果可知，当 Mg 质量分数为3. 0 × 10 － 5时，只需 0. 003% 的 Ce 反应( 4) 就可以发生． 因此在钢中加入少量稀土后，钢中含镁氧化物夹杂 数量变少，稀土加入量增大之后，钢中几乎不存在没 有稀土的含镁氧化物夹杂，如表 3 所示． 当钢中的 稀土为 0. 0908% ，Mg 为 3. 4 × 10 － 5 时，Al--Mg--S-- Mn--O 夹杂物仅为 0. 67% ，其余的均为稀土夹杂物． 如反应式( 2) 所示，稀土与 S 也极易形成化合 物，因此当钢中加入稀土时，会形成大量的 Ｒe--S--O 的 复 合 夹 杂 物． 如 表 3 所 示，稀土质量分数从 0. 237% →0. 0424% →0. 0908% ，Ce--La--S--O 夹杂物 的比例为 0. 89% →10. 10% →87. 33% ，且夹杂物的 尺寸更加细小． · 867 ·