工程科学学报.第42卷，增刊1 表3IF钢加入稀土Ce后钢中化学成分（质量分数） Table 3 Chemical composition of the test steel after adding Ce Ce.0s Si Mn P S Al,Nb Ti B Ce 0 0.00180.140.700.0740.0050.0320.0250.0250.00100.0022 -1 表4稀土夹杂物生成的热力学计算 -3 Table 4 Thermodynamic calculation of the formation of rare earth inclusions % 0.01 0.02 0.03 0.04 △G9=A+BTJ-mol-I [%Ce] 化学反应式 的 图3钢中稀土型夹杂物析出规律 2[Ce]+3[O]=Ce2O3(s) Fig.3 Precipitation of rare earth inclusions in steel -1431090.0 360.06 [Ce]+2[]=CeOz(s) -854274.7 249.11 度相互系数以及钢液中各元素的成分，再带入Wagner [Ce]+[S]=CeS(s) -422783.0 120.58 模型中，见下式： 2[Ce]+3[S]=Ce2S(s) -1074584.0 328.24 lgfi=e[%1+e[%+e[%k+…+e[%m（1) 3[Ce]+4[S]=Ce3Sa(s) -1493010.0 438.90 2[Ce]+2[0]+[S]=Ce2O2S(s) -1353592.4 331.60 式中，方为活度系数，e为各元素间的相互作用系数 [Ce]+[Al]+3[O]=CeAlO;(s) -1366460.0 364.00 根据上式算出各活度系数，再根据钢液中MnS 的浓度积，见式(2)，得出平衡过程中MnS浓度积 条状、棒状，最大尺寸可达20m左右.图5(b)为2 QMns随凝固率g的关系如图6所示 铸坯试样三维夹杂物整体形貌，夹杂物类型包括： QMns=6.248×10-4(1-g）-0.95 (2) 小尺寸颗粒的Al-O-Ce类、S-O-Ce类及MnS、 从图6可以看出，当凝固率g≥0.980时，IgOMnS> AlO3,方形的Ti-C、Ti-N等.夹杂物整体形貌为 IgKMnS,KMas为平衡浓度积，即Mn]、[S]浓度积大 球形、纺锤型，表面圆润无尖角.大多数夹杂物尺 于平衡浓度积，此时凝固过程中凝固前沿液相以 寸为4~10m左右，大尺寸长条状MnS夹杂物数 及δ相中的MnS开始析出. 量明显较少 MnS是由锰原子和硫原子在凝固过程偏析产 为进一步分析稀土Ce对MnS夹杂的影响，通 生的.硫原子是置换固溶体，因为固液相之间的分 过Scheil凝固模型（固相不扩散，液相完全扩散） 配系数只有0.035，在液相中完全溶解，在固相中 对钢的凝固过程进行了理论计算啊由于F钢中 溶解很少，因此硫原子全部被推到了固液相之间6 各元素含量较低，并且温度变化对钢液中各元素 同时由于铸坯凝固选分结晶的原因，大多数MnS 之间的活度相互作用系数影响较小，故统一使用 将被推至铸坯中部.由图4也可以看出，1、2铸坯 1873K温度下的各组元活度相互作用系数，将活 中心MnS的数量明显大于内外弧表面. 6 Total 5 Total:4 Total 50 Total:22 Total 5 Total:3 1# 1年 1年 2￥ ● 96 Average:2.71 um Average:1.69 um Average:2.01 um Average 2.71 um Average:1.51 um Average:1.29 um 1/8 1/2 7/8 Position of slab thickness direction 图41和2铸坯不同位置MS夹杂物尺寸及数量统计 Fig.4 Size and quantity statistics of MnS inclusions at different positions of 1 and 2 slabs条状、棒状，最大尺寸可达 20 μm 左右. 图 5（b）为 2 # 铸坯试样三维夹杂物整体形貌，夹杂物类型包括： 小尺寸颗粒的 Al–O–Ce 类 、S–O–Ce 类及 MnS、 Al2O3，方形的 Ti–C、Ti–N 等. 夹杂物整体形貌为 球形、纺锤型，表面圆润无尖角. 大多数夹杂物尺 寸为 4～10 μm 左右，大尺寸长条状 MnS 夹杂物数 量明显较少. 为进一步分析稀土 Ce 对 MnS 夹杂的影响，通 过 Scheil 凝固模型（固相不扩散，液相完全扩散） 对钢的凝固过程进行了理论计算[15] . 由于 IF 钢中 各元素含量较低，并且温度变化对钢液中各元素 之间的活度相互作用系数影响较小，故统一使用 1873 K 温度下的各组元活度相互作用系数，将活 度相互系数以及钢液中各元素的成分，再带入 Wagner 模型中，见下式： lg fi = e i i [%i]+e j i [ % j ] +e k i [%k]+···+e n i [%n] （1） e j 式中， i f i 为活度系数， 为各元素间的相互作用系数. QMnS 根据上式算出各活度系数，再根据钢液中 MnS 的浓度积，见式（2），得出平衡过程中 MnS 浓度积 随凝固率 g 的关系如图 6 所示. QMnS = 6.248×10−4 (1−g) −0.95 （2） lgQMnS > lgKMnS δ 从图 6 可以看出，当凝固率 g≥0.980 时， ，KMnS 为平衡浓度积，即 [Mn]、[S] 浓度积大 于平衡浓度积，此时凝固过程中凝固前沿液相以 及 相中的 MnS 开始析出. MnS 是由锰原子和硫原子在凝固过程偏析产 生的. 硫原子是置换固溶体，因为固液相之间的分 配系数只有 0.035，在液相中完全溶解，在固相中 溶解很少，因此硫原子全部被推到了固液相之间[16] . 同时由于铸坯凝固选分结晶的原因，大多数 MnS 将被推至铸坯中部. 由图 4 也可以看出，1 #、2 #铸坯 中心 MnS 的数量明显大于内外弧表面. 表 3    IF 钢加入稀土 Ce 后钢中化学成分 (质量分数) Table 3    Chemical composition of the test steel after adding Ce % C Si Mn P S Als Nb Ti B Ce 0.0018 0.14 0.70 0.074 0.005 0.032 0.025 0.025 0.0010 0.0022 表 4    稀土夹杂物生成的热力学计算 Table 4    Thermodynamic calculation of the formation of rare      earth inclusions % 化学反应式 ∆G ⊖=A+BT J·mol−1 A B 2[Ce] + 3[O] = Ce2O3 (s) −1431090.0 360.06 [Ce] + 2[O] = CeO2 (s) −854274.7 249.11 [Ce] + [S] = CeS(s) −422783.0 120.58 2[Ce] + 3[S] = Ce2S3 (s) −1074584.0 328.24 3[Ce] + 4[S] = Ce3S4 (s) −1493010.0 438.90 2[Ce] + 2[O] + [S] = Ce2O2S(s) −1353592.4 331.60 [Ce] + [Al] + 3[O] = CeAlO3 (s) −1366460.0 364.00 2 1 0 −1 −2 −3 −4 0 0.01 0.02 [%Ce] 0.03 0.04 Δ G/(10 5 J·mol−1 ) Ce2O3 CeO2 CeS Ce2S3 Ce3S4 Ce2O2S 图 3    钢中稀土型夹杂物析出规律 Fig.3    Precipitation of rare earth inclusions in steel 0 2 4 6 2 # 2 # 1 # 1 # 1 # Average : 1.29 μm Average : 2.01 μm Average : 1.51 μm Average : 1.69 μm Average : 2.71 μm Average : 2.71 μm Total : 4 Total : 50 Total : 22 Total : 5 Total : 3 1/2 7/8 MnS inclusion size/μm 2 # 1/8 Total : 5 Position of slab thickness direction 图 4    1#和 2 #铸坯不同位置 MnS 夹杂物尺寸及数量统计 Fig.4    Size and quantity statistics of MnS inclusions at different positions of 1# and 2# slabs · 4 · 工程科学学报，第 42 卷，增刊 1