Vol.27 No.5 杨颖等：非调质钢中钛氧化物治金行为 ·541… 应炉中对S,M进行调整.调整后的成分见表1 示.1600℃经不同孕有时间取出淬火后的试样经 (I炉).加钛、钒和调整氧含量是在高温硅钼炉 磨光抛光后在扫描电镜上观察夹杂物分布，取出 内进行，温度为1600℃，用固体电解质传感器定 的钢锭经锻造加热温度1200℃，终锻温度950℃， 氧，取样，加合金元素，孕育不同时间，取样，淬 空冷（冷速约40℃·min),锻成为中10mm棒样，制 火，待钢液冷却至1200℃取出坩锅得到钢锭.熔 样，抛光后用3%的硝酸酒精溶液侵蚀，在金相显 炼得到的非调质钢的实际成分如表1（Ⅱ，Ⅲ炉）所 微镜下观察其微观组织形貌. 表1实验铜化学成分分析结果（质量分数） Table 1 Chemical composition of the tested steel % 编号 C 号 Mn Al [O1 0.45 0.045 0.20 1.45 0.016 0.0020 0.0024 0.0070 0.35 0.046 0.19 1.50 0.016 0.016 0.0020 0.0033 0.0070 Ⅲ 0.32 0.046 0.20 1.30 0.015 0.011 0.021 0.00180.0038 0.0072 3热力学分析 lgf=g·[%]+e[%]+e[%k]+e[%m+…, a,=f[% (2) 在钢液冷却过程（从浇注到液态温度范围）与 其中，为钢液中j元素对i组元的相互作用系数. 凝固过程（从液态到固态温度范围）中氧化物析出 由于所研究的试样钢中各元素含量均甚少，故 和长大m.一般地钢液的条件控制氧化物析出情 f斤，6，f,可近似取为1.因此本文用含量代替 况，为此，有必要研究1600℃下含钛夹杂物在钢 活度来讨论 液中的析出及凝固过程中氮化钛对其析出的 3.1钢液中T0的析出 影响. 根据式(1)和表2作出1600℃反应自由能与氧 表2列出了钛、铝、氧等元素在钢液中一些基 含量的关系（假设钛的含量为0.02%）如图1.图1 本反应式及其标准吉布斯自由能变化和平衡常 表明当氧含量大于0.002%时，在相同的钛、氧含 数，表中方程5~9由方程1~4得到.吉布斯自由能 量下，钛与氧反应生成T,O,同时还可看到在钛 等温方程式： 含量为0.02%，氧含量在小于0.005%时，Ti0根本 △G=△G9+RTIng (1) 不生成.这与文献3,8]的观点相一致.因此本实 其中，？为实际条件下物质的活度比，△G°为标准 验条件下既不能生成TO也不能生成TiO2, 状态下体系吉布斯自由能的变化，R为气体常数， 3,2钢液中ALT0的优势区图 T为温度. 根据表1和表2提供的数据可对钢中一些夹 在稀溶液条件下，以1%溶液为标准态，钢液 杂物的形成的可能性进行初步预测.但为了全面 中i组元的活度与浓度之间的关系式： 了解钢液中钛、铝、氧相互反应的趋势及限度，预 表2Fc-T-AO-N系的基本反应及标准状态的热力学参数 Table 2 Basic reactions and thermodynamic parameters under standard state in Fe-Ti-Al-O-N lgK 编号 反应方程式 △/(J.mol) 1873K 1763K 方程1 Ti,0a-2[Tj]+3[O] 1072872-346.0T -11.85 -13.71 方程2 TiO2=[Ti]+2[O] 675720-224.6Tm -7.11 -8.29 方程3 A1,Ow=2[A+3[O] 1224828-393.6T -13.60 -15.73 方程4 Al0,·Ti0s=Al20s+Ti0 25262-3.92TW -0.50 -0.54 方程5 AbO,TiOs=[Ti]+2[AI]+5[O] 1925810-622.2T -21.21 -24.54 方程6 5AlOx+3[Ti]=4[A1]+3ALO,TiOs 346709-101.8T -4.36 -4.96 方程7 5Ti:O30s+6[A]]=7[Ti]+3AlO,TiOxs -413067+136.6T 4.39 5.11 方程8 5Ti0s+4[AI]=3[Ti]+2A1,0,·TiO -473019+121.4T 6.86 7.67 方程9 3TiO:+[Ti]=2TiO308 -118585+18.19T 2.36 2.56 方程10 [N]+[Ti]TiN -326267+122.5Tm 2.70 3.27 方程11 T0=[T)+O] 360250-130.8Tm -3.21 方程12 VNod=[V]+IN] 167000-83.7TV bL2 7 N o . 5 杨颖 等 : 非 调质 钢 中钦 氧化 物冶 金行 为 应 炉 中对 S , M n 进 行 调整 . 调整 后 的成 分 见 表 1 示 . 1 6 0 ℃ 经 不 同孕育 时 间取 出淬 火后 的试 样经 ( I 炉 ) . 加钦 、 钒 和调 整 氧 含量 是 在 高温硅 钥 炉 磨 光 抛光 后在 扫描 电镜 上观 察 夹杂 物分布 . 取 出 内进 行 , 温 度 为 1 6 0 ℃ , 用 固体 电解 质 传感 器 定 的钢 锭经锻 造加 热 温度 1 2 0 ℃ , 终锻温 度 9 50 ℃ , 氧 , 取 样 , 加 合 金 元素 , 孕 育不 同时 间 , 取 样 , 淬 空 冷 ( 冷速 约 40 ℃ · m in 一 ) , 锻 成为 们。 ~ 棒 样 , 制 火 , 待 钢液 冷 却 至 1 2 0 ℃ 取 出增锅 得 到钢 锭 . 熔 样 , 抛光 后用 3 % 的硝酸 酒精 溶液 侵蚀 , 在 金相 显 炼 得 到 的非调质 钢 的实 际成 分如表 1( n , m 炉 ) 所 微 镜 下观 察 其微 观 组织 形 貌 . 表 1 实 验钢 化学成 分 分析结 果 (质量分 数 ) 介 b l e 1 C h e m ic a l c o m P o , i 6 o n o f t h e 俪et d s et e l % 编 号 C P V iT A I二 [ 0 ] 二 N 1 0 . 4 5 0 . 04 5 0 . 2 0 11 0 3 5 0 . 04 6 0 . 19 nI 0 . 32 0 . 0 4 6 0 . 2 0 0 力 16 0 . 0 0 2 0 0 . 0 0 2 0 0 . 0 0 1 8 0 . 0 02 4 0 . 0 16 0 . 0 15 0 . 0 11 0 0 1 6 0 0 2 1 0 0 03 3 0 . 00 3 8 0 . 0 0 7 0 0 . 0 0 7 0 0 . 0 0 7 2 .一尸JCJ 一L4 气lt ù 3 热 力 学分析 在钢 液冷 却 过程 (从浇 注 到液 态温度 范 围 )与 凝 固过程 (从 液态 到 固态温 度范 围 ) 中氧化 物 析 出 和长 大 `, ,一般 地钢 液 的条 件 控 制氧 化物 析 出情 况 . 为此 , 有 必 要研 究 1 6 0 ℃ 下 含钦 夹 杂物 在 钢 液 中 的 析 出及 凝 固 过 程 中 氮 化 钦 对 其 析 出 的 影 响 . 表 2 列 出了钦 、 铝 、 氧 等 元 素在 钢液 中一 些 基 本 反应 式及 其 标 准 吉 布 斯 自由能 变化 和 平 衡 常 数 , 表 中方程 5一9 由方 程 1~4 得 到 . 吉布斯 自由能 等 温 方程 式 : △G = △6甲+ 尺刀n Q ( l) 其 中 , Q 为实 际条 件 下物质 的活度 比 , △夕 为 标准 状 态下 体系 吉 布斯 自由能 的变 化 , R为气 体 常 数 , T 为温度 . 在 稀 溶 液条 件 下 , 以 l % 溶 液 为标准 态 , 钢 液 中 i 组 元 的活 度 与浓 度 之 间 的关 系式 : l断 = :.e [% i] 十外 〔o0j/ 」+ 劳 〔% k] 十即 · 〔% m] +. 二 , 久 = 厂 · [% i」 ( 2 ) 其 中离 为钢 液 中j 元素 对 i 组元 的相 互 作用 系 数 . 由于 所研 究 的试 样 钢 中各 元 素 含 量 均 甚 少 , 故 方 , fo , f^ : , 儿 可 近似 取 为 1 . 因此 本 文用 含 量代 替 活度 来讨 论 . 1 1 钢 液 中 izT 认 的析 出 根据 式 ( l) 和表 2 作 出 16 0 ℃ 反应 自由能 与氧 含 量 的关 系 ( 假 设钦 的含 量 为 .0 02 % ) 如 图 1 . 图 1 表 明当氧 含量 大 于 .0 0 02 % 时 , 在 相 同 的钦 、 氧 含 量 下 , 钦 与氧 反 应生 成 iT Z O 3 , 同时 还可 看 到在 钦 含 量 为 .0 02 % , 氧 含量 在 小于 .0 0 05 % 时 , iT o 根 本 不 生成 . 这 与文 献 3[, 81 的观 点相 一 致 . 因此 本 实 验 条件 下 既不 能 生成 iT o 也不 能 生成 iT 0 2 . 1 2 钢 液 中 A卜 T卜 O 的优 势 区图 根据 表 1和 表 2 提 供 的 数据 可对 钢 中一 些 夹 杂物 的形 成 的 可能 性进 行 初步 预测 . 但 为 了全面 了解钢 液 中钦 、 铝 、 氧 相互 反应 的趋 势 及 限度 , 预 表 2 F -e T 卜A 卜刃卜 N 系的 基本反 应及 标准 状态 的热 力学参 数 aT b l e 2 B a s ic 溉 ict o n s a . d th e mr o d y n a m ic P a ar m e t e 口 u . d e r , t a n d a r d s at et 1 . F -e T i . A I 一 0 一 N 编 号 反应 方程 式 △宁了( J . m ol 一 今 l gK 1 8 7 3 K 1 7 6 3 K 方 程 1 方 程 2 方 程 3 方程 4 方程 5 方程 6 方程 7 方程 8 方程 9 方程 10 方程 n 方程 12 iT 2 0 3` s尸 2 [iT ] + 3 o[ ] iT 0 2〔 s产 iT[ ] + 2 [ 0 ] ^ l : 0 3` s〕二 2A[ 1 + 3 [ 0 ] 1A 2 0 , · iT 0 2 ( s )“ A仪 0 , ( +5} iT 0 2 (s) A 】 2 0 , · 肠0 。 〕= iT[ ] + 2 [lA ] + 5 [ 0 ] 5 A 1 2 0 3. s ,+ 3口 ]=4 A[ l ] + 3 A 1 2 0 。 · iT o , s , 5iT 2 0 3《 s 〕+ 6 A[ l ] = 7 [iT } + 3 A 取0 3 · iT o : s》 5iT 0 2` s +)4 lA[ ] = 3 [iT ] + 2 A 1 2 0 , · iT o : s 〕 3叭 0 2 + 阳] =2 毛 2 0 3 《 s , 闪+I iT 」= T IN 《.) 肠0 《 s ) = [下] + [ 0 ] V N 。 , 二 [v] 十 困l 1 0 7 2 8 7 2 一 3 4 6 . 0 T ’t] 6 7 5 72 0 一 22 4 . 6 T 门 1 2 2 4 8 2 8 一 3 9 3 . 6 T 场1 2 5 2 6 2 一 3 . 9 2 T ’ [ I 1 9 2 5 8 10一 6 2 2 2 T 3 4 6 7 0 9 一 10 1 . ST 一 4 13 06 7+ 13 6 . 6 T 一 4 7 3 0 19+ 12 1 . 4 T 一 1 18 5 8 5+ 18 . 19 T 一 3 2 6 2 6 7+ 12 2 . S T I刀 3 6 0 2 5 0一 13 0名 T [ 7 ] 1 67 0 0 0一 8 3 7 T . l 一 11 . 8 5 一 7 1 1 一 13石0 一 0 . 5 0 一 2 1 . 2 1 一 4 . 3 6 4 . 3 9 6 . 8 6 2 . 3 6 2 . 7 0 一 3 . 2 1 一 13 一 7 1 一 8 2 9 一 15 . 7 3 一 0 . 54 一 24 . 54 一 4 . 96 5 . 11 7 . 6 7 2 . 5 6