·1014 工程科学学报，第39卷，第7期 100 Mg0-A,O,复合夹杂，并未形成MgS等其他含Mg夹 90 杂物，而且其在钢中所占比例比较低.这是因为，在本 80 文TWP的熔炼过程中，纯铝块并不是作为熔化原料 70 在熔化前就放在坩埚中的，而是待物料熔清后从感应 60 电炉配置的二级料仓中投入，其与坩埚中的Mg0反应 50 时间较短所致 40 3分析与讨论 30 从上述实验结果中可以明显看出，在质量分数 20 0.002%的T1钢中未发现AIN,随着TWP钢中Al质 量分数由0.002%升高至0.75%时，AlN开始在MnS 2》2》2222222》2 2 3 4 (S)-Al,O,复合夹杂表面局部析出；当钢中Al质量分 地=0.002% w,=075% 地、=107% W=1.59% 数升高至1.07%时，单相AIN开始析出，大部分AN TWIP钢 MnS(Se)-AL,O,-AIN Mg0-AL,O 在MnS(Se)表面局部析出形成Mns(Se)-AlN复合夹 MnS(Se)-AIN ALO、 杂；当钢中A1质量分数进一步升高至1.59%时，在扫 MnS(Se)-ALO. ☑AIN/AI(O)N MnS/MnS(Se) 田Mn0 描电镜下观察到有团簇状的AN夹杂出现，并且有大 图8T1~T4TWP钢中夹杂物的类型及演变规律 量的AlN可以作为异质核心，MnS(Se)在其表面包裹 Fig.8 Inclusion types and their evolution in T1-T4 TWIP steels 析出形成MnS(Se)-AIN复合夹杂，此时，单相的AIN 和MnS(Se)-AlN复合夹杂在T4高锰TWIP钢中所占 当TWIP钢中A1质量分数升高至1.59%时，在含 比例高达64.4%.因此，本章节将从热力学角度分析 Al的夹杂物中，单相AIN和MnS(Se)-AIN夹杂所占比 讨论AIN夹杂在不同A!含量的高锰TWP钢中的形 例分别剧烈增加至20.0%和44.4%，其中MnS(Se)- 成，特别是AIN在TWP钢液相以及凝固过程中的析 AN复合夹杂成为T4钢中主要类型的夹杂物.单相 出行为，从而能更深入的认识Fe一Mn-C-Al系TWIP AL,O,、MnS(Se)-AL,O,和MnS(Se)-AL,0-AN夹杂所 钢中AIN夹杂随着Al含量变化的演变规律 占比例分别降低至2.6%、7.4%和12.8%.由于 3.1AN相关热力学参数的选取 Mns(Se)-AlN夹杂的增多，导致了钢中单相MnS/ 在开始热力学计算之前，需要说明的是在钢液中 Ms(Se)夹杂的减少，其比例由T3钢中的22.2%刷烈 溶质的活度系数计算时普遍采用的Wagner模型是适 降低至10.5%.此时，T4钢中含A1夹杂物主要为 用于低合金钢的.在本文所涉及TWIP钢成分中， MnS(Se)-AlN复合夹杂. Mn的质量分数约为18%，其含量远高于普通钢种.因 另外，在图8可以看出，随着钢中A!含量的增加， 此，作者在现有热力学参数的基础上，通过查询大量的 Mg0一AL,O,复合夹杂所占比例是逐渐升高的，所占比 文献揭示了适合TWP钢高锰高铝这一特点的吉布斯 例从T1钢中的0.45%逐渐升高至T4钢中的2.20%. 自由能（△G9)以及Wanger模型中所用到的一次和二 Xin等报道称TWIP钢较高的溶解Al可与坩埚中 次活度相互作用系数.因此本节将以T4钢为研究对 的Mg0反应生成溶解Mg进入钢中，导致Fe-17.07% 象，通过对比采用以往文献以及最新的数据计算钢中 Mn0.58%C-2.10%Al钢中MgS和Mg0的增多.但 AN夹杂物热力学析出条件，以此来说明采用新数据 是，需要注意的是，在本文中含有Mg的夹杂物的只有 的必要性，具体数据见表3和表4. 表3AN的标准生成吉布斯自由能 Table 3 Standard Gibbs free energy change of AIN 反应方程式 △G9 成分适用范围 温度适用范围K IgK 参考文献 -245900+107.59T [%A]≤3.07 1859~1969 -12843/T+5.619 Wada和Pehike☒ [AI]+DN]=AIN(s) -317100+141.7T [%A]≤4.535 1873~1973 -16560/T+7.4 Kim等2 -303500+134.6T [%A]≤4.535 1823~1973 -15850/T+7.03 Pack等因 表3是相关学者2,2-四通过研究得到的AN的标 下划线标出.从表3中可知，以往文献中普遍采用的 准生成吉布斯自由能.其中，T和K分别表示温度和 AIN生成的吉布斯自由能可以表示为☒： 反应平衡常数.另外，适合本文钢种特点的新数据用 AI]+N=(AlN)o· (1)工程科学学报，第 39 卷，第 7 期 图 8 T1# ～ T4#TWIP 钢中夹杂物的类型及演变规律 Fig． 8 Inclusion types and their evolution in T1#--T4# TWIP steels 当 TWIP 钢中 Al 质量分数升高至 1. 59% 时，在含 Al 的夹杂物中，单相 AlN 和 MnS( Se) --AlN 夹杂所占比 例分别剧烈增加至 20. 0% 和 44. 4% ，其中 MnS( Se) -- AlN 复合夹杂成为 T4 钢中主要类型的夹杂物． 单相 Al2O3、MnS( Se) --Al2O3和 MnS( Se) --Al2O3 --AlN 夹杂所 占 比 例 分 别 降 低 至 2. 6% 、7. 4% 和 12. 8% ． 由 于 MnS( Se) --AlN 夹 杂 的 增 多，导 致 了 钢 中 单 相 MnS / MnS( Se) 夹杂的减少，其比例由 T3 钢中的 22. 2% 剧烈 降低 至 10. 5% ． 此 时，T4 钢 中 含 Al 夹 杂 物 主 要 为 MnS( Se) --AlN 复合夹杂． 另外，在图 8 可以看出，随着钢中 Al 含量的增加， MgO--Al2O3复合夹杂所占比例是逐渐升高的，所占比 例从 T1 钢中的 0. 45% 逐渐升高至 T4 钢中的 2. 20% ． Xin 等［10］报道称 TWIP 钢较高的溶解 Al 可与坩埚中 的 MgO 反应生成溶解 Mg 进入钢中，导致 Fe--17. 07% Mn--0. 58% C--2. 10% Al 钢中 MgS 和 MgO 的增多． 但 是，需要注意的是，在本文中含有 Mg 的夹杂物的只有 MgO--Al2O3复合夹杂，并未形成 MgS 等其他含 Mg 夹 杂物，而且其在钢中所占比例比较低． 这是因为，在本 文 TWIP 的熔炼过程中，纯铝块并不是作为熔化原料 在熔化前就放在坩埚中的，而是待物料熔清后从感应 电炉配置的二级料仓中投入，其与坩埚中的 MgO 反应 时间较短所致． 3 分析与讨论 从上述实验结果中可以明显看出，在 Al 质量分数 0. 002% 的 T1 钢中未发现 AlN，随着 TWIP 钢中 Al 质 量分数由 0. 002% 升高至 0. 75% 时，AlN 开始在 MnS ( Se) --Al2O3复合夹杂表面局部析出; 当钢中 Al 质量分 数升高至 1. 07% 时，单相 AlN 开始析出，大部分 AlN 在 MnS( Se) 表面局部析出形成 MnS( Se) --AlN 复合夹 杂; 当钢中 Al 质量分数进一步升高至 1. 59% 时，在扫 描电镜下观察到有团簇状的 AlN 夹杂出现，并且有大 量的 AlN 可以作为异质核心，MnS( Se) 在其表面包裹 析出形成 MnS( Se) --AlN 复合夹杂，此时，单相的 AlN 和 MnS( Se) --AlN 复合夹杂在 T4 高锰 TWIP 钢中所占 比例高达 64. 4% ． 因此，本章节将从热力学角度分析 讨论 AlN 夹杂在不同 Al 含量的高锰 TWIP 钢中的形 成，特别是 AlN 在 TWIP 钢液相以及凝固过程中的析 出行为，从而能更深入的认识 Fe--Mn--C--Al 系 TWIP 钢中 AlN 夹杂随着 Al 含量变化的演变规律． 3. 1 AlN 相关热力学参数的选取 在开始热力学计算之前，需要说明的是在钢液中 溶质的活度系数计算时普遍采用的 Wagner 模型是适 用于低合金钢的［21］． 在本文所涉及 TWIP 钢成分中， Mn 的质量分数约为 18% ，其含量远高于普通钢种． 因 此，作者在现有热力学参数的基础上，通过查询大量的 文献揭示了适合 TWIP 钢高锰高铝这一特点的吉布斯 自由能( ΔG ) 以及 Wanger 模型中所用到的一次和二 次活度相互作用系数． 因此本节将以 T4 钢为研究对 象，通过对比采用以往文献以及最新的数据计算钢中 AlN 夹杂物热力学析出条件，以此来说明采用新数据 的必要性，具体数据见表 3 和表 4． 表 3 AlN 的标准生成吉布斯自由能 Table 3 Standard Gibbs free energy change of AlN 反应方程式 ΔG 成分适用范围 温度适用范围/K lgK 参考文献 － 245900 + 107. 59T ［% Al］≤3. 07 1859 ～ 1969 － 12843 /T + 5. 619 Wada 和 Pehike［22］ ［Al］+［N］= AlN( s) － 317100 + 141. 7T ［% Al］≤4. 535 1873 ～ 1973 － 16560 /T + 7. 4 Kim 等［23］ － 303500 + 134. 6T ［% Al］≤4. 535 1823 ～ 1973 － 15850 /T + 7. 03 Paek 等［12］ 表 3 是相关学者［12，22--23］通过研究得到的 AlN 的标 准生成吉布斯自由能． 其中，T 和 K 分别表示温度和 反应平衡常数． 另外，适合本文钢种特点的新数据用 下划线标出． 从表 3 中可知，以往文献中普遍采用的 AlN 生成的吉布斯自由能可以表示为［22］: ［Al］+［N］= ( AlN) ( s) ． ( 1) · 4101 ·