CaO 25 50 100 ★Average composition -1873K liquidus -1873K50%qud 25 Number density:9.5 #/mm2 Average diameter:29 um 25 Area fraction:119.0 ppm 0 100 CaS 0 25 50 75 100Al203 (b)连铸坯厚度方向靠近内弧1/4处 ■1管线钢中夹杂物的成分分布(a)中间包钢液：(b)连铸坯厚度方向掌近内04处27 Fig.I Composition of non-metallic inclusions of the linepipe steel (a)the molten steel of the continuous casting tundish,(b) 1/4 of the loose side along the direction of continuous casting slab thickness 既然在钢液凝固和固体钢的冷却过程中，钢基体和夹杂物可以发生反应， 那么， 钢中非金属夹 杂物的控制可以有一个新思路，即在固体钢基体和夹杂物发生化学反应的温度处保温一定的时间， 则可以促进该反应的进行，从而促洪夹杂物成分等特征的演变。 连铸环固体的加热过程可能会导致 固体钢基体中的合金元素与夹杂物爱生反应，使钢中原有夹杂物的成芬爱生转变，同时伴宥荚杂物 的新相析出，从而造成钢液中的夹杂物和固体钢中的夹杂物的成分发生很大变化。在钢的连铸和轧 制过程中，在轧制之前，连铸坯往往要加热一定的时间， 例如在轧制之前，304不锈钢连铸坯要在 1453~1483K加热120~180分钟，GCr15轴承钢要在1493K温度下加热3~8小时，本文作者也发现在 这些钢种的连铸坯的这些加热时间内，夹杂物的成分等特征都会发生变化8,9。基于这个发现，近5 年来，许多学者做了固体钢加热对夹杂物成分等特征影确的研究$0。对固体304不锈钢在1273K到 1473K范围内进行加热，夹杂物由MnO-SiO2类转变为Mn0-Cr2O,尖晶石，主要是由于在加热过程中， 钢中的溶解铬与硅锰酸盐夹杂物反应形成铬锰尖品石。固体管线钢在1473K下加热不同时间，钢 中夹杂物由加热前的CaO-Al2O夹杂物转变为AQ-CaS夹杂物，最终以CaS包裹着Al2O,-MgO相的方 式存在B。GCr15轴承钢在1498K、1573K和1648K的加热温度下，夹杂物由AlO-CaO-(MgO)型转 变为AlO,-CaS-(MgO-CaO)型，加热温度为1498K时，钢基体中Al和S与夹杂物中CaO反应为主要反 应，而温度为153K和1648K时，钢基体中S与夹杂物中CO反应为主要反应29。将固体重轨钢在不 同温度下加热60min,随着加热温度的升高，钢中非金属夹杂物由CaO-SiO2-Al2O3-MgO型转变为 MgO Al2O,CaS-(CaO-SiO2)型3无取向硅钢热轧薄板在1273K和1573K加热温度下保温1h、3h和 10h,随着保温时间的延长，钢中A夹杂物含量增加，复合硫化物中MgS含量大于MnS含量，在 1273K加热温度下，无取向硅钢种典型的析出物为氮化物、氧化物、硫化物及其化合物，在1573K下， 由于氮化物的溶解，夹杂物中不含析出的氮化物。 基于这些发现，作煮所在的团队开发了 一个集成数学模型用于预报连铸坯整个断面上夹杂物的 成分、数量和尺寸的变化。该模型耦合了钢液流动、传热、凝固、溶质元素的扩散和元素偏析、钢基体 与夹杂物之间化学反应的热方学、夹杂物和钢基体反应的动力学等多种物理现象。任强等人？，罚通 过该模型准确预测了重轨钢和管线钢连铸坏全断面的夹杂物分布：王举金等人[39预测了轴承钢头坏 中夹杂物的空间成癸分布，并通过建立夹杂物的等温转变和冷速转变模型，得出连铸坯中夹杂物的 转变分数主要由冷却速率和温度决定， 但是，如何表征、用什么参数表征在加热条件下固体钢基体和夹杂物之间的反应过程和反应结 果，目前还不成熟。本文针对钢液凝固与冷却过程及固体钢加热过程非金属夹杂物成分动力学转变 现象，提出了几个概念和几个特征曲线，供学者们应用和探讨。 1钢中非金属夹杂物成分转变的动力学基础 连铸坯中夹杂物尺寸、数量和成分的分布因其所处位置、冷却条件和温度等参数的不同而不同， 准确预报钢中夹杂物的分布规律需要综合考虑热力学、动力学、温度等诸多因素。有鉴于此，作者所 在学术团队通过耦合各种因素， ,建立了钢凝固冷却过程以及加热过程钢中夹杂物成分转变的集成模 型，74，并通过对比计算结果和实测结果来验证模型的准确性。图2为钢液凝固冷却过程中的夹 杂物成分转变动力学模型示意图，主要由四部分构成：1)流体流动传热凝固和元素偏析模型（左 上)，能够计算出整个计算域内的当地钢成分和温度：2)钢和夹杂物化学反应的热力学平衡模型 (右上)，能够计算出某一温度下，和当地钢成分平衡的夹杂物成分：3)钢和夹杂物化学反应的 动力学（右下），可以计算钢中溶解元素的扩散对夹杂物成分的影响：4)计算域空间位置随时间 的变化（左下），这实际上第一个模型计算出来的。这样，以钢偏析模型得到的钢的成分为原点，(b)连铸坯厚度方向靠近内弧 1/4 处 图 1 管线钢中夹杂物的成分分布(a)中间包钢液；(b)连铸坯厚度方向靠近内弧 1/4 处[27] Fig.1 Composition of non-metallic inclusions of the linepipe steel (a) the molten steel of the continuous casting tundish; (b) 1/4 of the loose side along the direction of continuous casting slab thickness 既然在钢液凝固和固体钢的冷却过程中，钢基体和夹杂物可以发生反应，那么，钢中非金属夹 杂物的控制可以有一个新思路，即在固体钢基体和夹杂物发生化学反应的温度处保温一定的时间， 则可以促进该反应的进行，从而促进夹杂物成分等特征的演变。连铸坯固体的加热过程可能会导致 固体钢基体中的合金元素与夹杂物发生反应，使钢中原有夹杂物的成分发生转变，同时伴有夹杂物 的新相析出，从而造成钢液中的夹杂物和固体钢中的夹杂物的成分发生很大变化。在钢的连铸和轧 制过程中，在轧制之前，连铸坯往往要加热一定的时间，例如在轧制之前，304不锈钢连铸坯要在 1453~1483 K加热120~180分钟，GCr15轴承钢要在1493 K温度下加热3~8小时，本文作者也发现在 这些钢种的连铸坯的这些加热时间内，夹杂物的成分等特征都会发生变化[28, 29]。基于这个发现，近5 年来，许多学者做了固体钢加热对夹杂物成分等特征影响的研究[30-33]。对固体304不锈钢在1273 K到 1473 K范围内进行加热，夹杂物由MnO-SiO2类转变为MnO-Cr2O3尖晶石，主要是由于在加热过程中， 钢中的溶解铬与硅锰酸盐夹杂物反应形成铬锰尖晶石[28]。固体管线钢在1473 K下加热不同时间，钢 中夹杂物由加热前的CaO-Al2O3夹杂物转变为Al2O3-CaS夹杂物，最终以CaS包裹着Al2O3-MgO相的方 式存在[34]。GCr15轴承钢在1498 K、1573 K和1648 K的加热温度下，夹杂物由Al2O3-CaO-(MgO)型转 变为Al2O3-CaS-(MgO-CaO)型，加热温度为1498 K时，钢基体中Al和S与夹杂物中CaO反应为主要反 应，而温度为1573 K和1648 K时，钢基体中S与夹杂物中CaO反应为主要反应[29]。将固体重轨钢在不 同温度下加热60 min，随着加热温度的升高，钢中非金属夹杂物由CaO–SiO2–Al2O3–MgO型转变为 MgO·Al2O3–CaS–(CaO–SiO2)型[35]。无取向硅钢热轧薄板在1273 K和1573 K加热温度下保温1 h、3 h和 10 h，随着保温时间的延长，钢中AlN夹杂物含量增加，复合硫化物中MgS含量大于MnS含量，在 1273 K加热温度下，无取向硅钢中典型的析出物为氮化物、氧化物、硫化物及其化合物，在1573 K下， 由于氮化物的溶解，夹杂物中不含析出的氮化物[36]。 基于这些发现，作者所在的团队开发了一个集成数学模型用于预报连铸坯整个断面上夹杂物的 成分、数量和尺寸的变化。该模型耦合了钢液流动、传热、凝固、溶质元素的扩散和元素偏析、钢基体 与夹杂物之间化学反应的热力学、夹杂物和钢基体反应的动力学等多种物理现象。任强等人[27, 37, 38]通 过该模型准确预测了重轨钢和管线钢连铸坯全断面的夹杂物分布；王举金等人[39]预测了轴承钢头坯 中夹杂物的空间成分分布，并通过建立夹杂物的等温转变和冷速转变模型，得出连铸坯中夹杂物的 转变分数主要由冷却速率和温度决定。 但是，如何表征、用什么参数表征在加热条件下固体钢基体和夹杂物之间的反应过程和反应结 果，目前还不成熟。本文针对钢液凝固与冷却过程及固体钢加热过程非金属夹杂物成分动力学转变 现象，提出了几个概念和几个特征曲线，供学者们应用和探讨。 1 钢中非金属夹杂物成分转变的动力学基础 连铸坯中夹杂物尺寸、数量和成分的分布因其所处位置、冷却条件和温度等参数的不同而不同， 准确预报钢中夹杂物的分布规律需要综合考虑热力学、动力学、温度等诸多因素。有鉴于此，作者所 在学术团队通过耦合各种因素，建立了钢凝固冷却过程以及加热过程钢中夹杂物成分转变的集成模 型[27, 37-40]，并通过对比计算结果和实测结果来验证模型的准确性。图2 [41]为钢液凝固冷却过程中的夹 杂物成分转变动力学模型示意图，主要由四部分构成：1）流体流动传热凝固和元素偏析模型（左 上），能够计算出整个计算域内的当地钢成分和温度；2）钢和夹杂物化学反应的热力学平衡模型 （右上），能够计算出某一温度下，和当地钢成分平衡的夹杂物成分；3）钢和夹杂物化学反应的 动力学（右下），可以计算钢中溶解元素的扩散对夹杂物成分的影响；4）计算域空间位置随时间 的变化（左下），这实际上第一个模型计算出来的。这样，以钢偏析模型得到的钢的成分为原点， 录用稿件，非最终出版稿