第9期 隋亚飞等：F钢中含Ti夹杂物的衍变规律 ·1175· 但是对有着严格质量要求的F钢而言，其影响仍然 100: 不可忽略.其中TN夹杂是立方晶体具有很高的熔 90 点(2930℃)，本身比较稳定，在钢中形成以后很难 80 再与其他杂质元素反应，所以TN夹杂会以比较规 则的立方体外形出现在成品钢中.在受力状态下 60 TN颗粒可以成为解理断裂的源点，进而影响钢材 50 的冲击韧性和疲劳寿命23).田新中等[4)研究了轴 承钢中TN夹杂物的形成热力学，结果表明在凝固 30 过程中钢中Ti或N的含量越高，TN开始析出温度 0 就越高，析出物的尺寸就越大.傅杰等)通过热力 10 RH加 RH中间包结晶器铸坯 AI后 破真空 学计算和实验研究了含钛微合金钢中TN的析出规 炼钢阶段 律，其实验钢中TN的析出温度在固相线以上很小 图1F钢不同冶炼阶段钢中的[0]和[N]含量变化 的范围内，金相观察结果表明TN析出相的尺寸最 Fig.I Variation of [and [N]contents in different steelmaking 大为1~3山m左右，形状为规则的方形或多边形. steps of the IF steel Jo等6)为预测钢中TN和T0,的形成，实验研究了 铁液中T、N和0的热力学，得到了相关的基本热 是Ti0,],其次是Ti,0,和Ti,0,·考虑钢中化学元 力学数据，为其他人的研究提供了参考.本文系统 素含量，RH精炼阶段加铝脱氧和TFe合金化以后， 研究了T-F钢冶炼过程中和铸坯中含钛夹杂物， 钢中生成夹杂物可能的反应如式(1)~(6)所示 用冶金热力学解释了含钛夹杂物的形成方式和衍变 2[A1]+3[0]=Al,03(s), 机理，实验分析了冶炼过程中和铸坯中的含钛夹杂 △，G9=-1202000+386.3T,Jmol-1，(1) 物，分析结果验证了热力学计算结果，进而提出了减 [Ti]+2[0]=Ti02(s), 少Ti-IF钢中TiN夹杂物的建议. △，G9=-337700+1.4T,Jmol-1, (2) 2[Ti]+3[0]=Ti203(s), 1理论分析 △G9=-845928+248.6T,Jmol-1,(3) 1.1工艺条件 3[Ti]+5[0]=Ti0(s), 国内某钢厂Ti-F钢的生产工艺为：铁水预处 △，G9=-1392344+407.7T,Jmol-'，(4) 理（脱硫）→250t顶底复吹转炉(B0F)→RH精炼处 2[Al]+3Mn0(s)=3[Mn]+Al203(s), 理→连铸(CC).转炉出钢温度1720℃，RH精炼加 △G9=-661920+228T,Jmol-1，(5) 铝脱氧以后加入TFe对钢水进行合金化，所生产的 [Ti]+2Mn0(s)=2[Mn]+Ti02(s), T-F钢化学成分见表1.不同冶炼阶段钢中[0]和 △G9=-85720-28.7T,Jmol-1.(6) [N]含量如图1所示.其中钢液T[O]含量分别为： RH加铝后到中间包阶段，钢中[0]含量相对较 RH加铝后74×10-6，RH破真空时90×106，中间 高，为(70~90)×10-6，如图1所示，钢中[A1]和 包阶段80×10-6，结晶器32×10-6，铸坯中20× [Ti]元素会与钢中[0]直接反应并与钢中的Mn0 106.不同时段钢液中[N]一直在40×10-6左右. 夹杂反应生成Al20,和钛氧化物.到结晶器阶段， 表1IF钢的化学成分（质量分数） 由于部分夹杂物（主要是氧化物夹杂）的上浮去除， Table 1 Chemical compositions of IF steel % 钢中[0]含量降低（约30×10-6）.由于[A1]和[0] C Si Mn P Ti 的结合能力要远远强于[T]和[0]的结合能力，当 0.00220.00540.120.0100.0050.0370.059 [0]含量急剧降低时，钢中[A1]可能与钛的氧化物 反应，以T02为例，反应(7)可能发生.此时，取钢 1.2含钛夹杂物热力学计算 液温度为1600℃，由于钢液中[Ti]和[A1]含量很 常压下钢液中元素脱氧能力的顺序为：Ca>Al 低，所以取反应中[T]和[A1]的活度系数近似为1， >Ti>Si>C>Cr>Mn).根据钛氧化物的标准生 计算式(7)的反应自由能，结果如式(8)所示，证明 成自由能判断，随着钢中钛含量增加，1600℃时钛 反应(7)可以发生.同样，对于Ti,0,和Ti20,存在 的脱氧产物依次为Ti(Fe)氧化物+Ti02→Ti,0,→ 式(9)和(11)以及相对应的自由能公式(10)和 Ti20,→Ti0,低钛含量时所形成的脱氧产物最可能 (12).这将导致夹杂物中钛氧化物成分减少，AL,03第 期 隋亚飞等 ： 钢 中 含 夹杂物 的 衍变规律 但是对有着严格质量要求 的 钢而 言 其影 响 仍然 不可忽 略 其 中 夹杂是立方 晶 体具有很高 的 熔 点 （ 本 身 比 较稳定 在 钢 中 形 成 以 后很 难 再与其他杂质元 素 反应 ， 所 以 夹 杂会 以 比 较 规 ■ 则 的立方体外形 出 现在 成 品 钢 中 在 受 力 状 态 下 颗粒可 以 成 为 解理 断 裂 的 源 点 ， 进 而 影 响 钢 材 的 冲击韧性和疲劳 寿命 田 新 中 等 研究 了 轴 承钢 中 夹杂 物 的 形 成 热 力 学 ， 结果表 明 在凝 固 过程 中 钢 中 或 的 含量越高 ， 开始 析 出 温度 “ 就越高 ， 析出 物 的 尺 寸 就越大 傅杰 等 通 过热 力 “ 加 中 间包 结 晶器 祷还 学计算和实验研究 了 含钛微合金钢 中 的析 出 规 律 其头验钢 中 的 析 出 温度在 固 相线 以 上很小 钢 不 同 冶炼 阶段钢 中 的 和 含量变化 的 范 围 内 金相 观察结果表 明 析 出 相 的 尺 寸 最 大为 左右 ， 形 状 为 规 则 的 方形 或 多 边 形 。 等 为预测钢 中 和 的 形 成 实验研究 了 一 铁液 中 、 和 的 热 力 学 ， 翻了 相 关 的 基本 热 是 ’ 其次是 和 考 虑 钢 中 化学兀 力 学数据 ， 为其他人 的 研究提供 了 参考 本 文 系 统 鈴量 ， 精炼阶段加招脱氧和 合金化 后 ， 研究 了 钢 冶 炼过程 中 和铸 中 含 ： 夹杂 物 ， 冑 中 生成夹杂物可細反应如式 ⑴ 所示 用 冶金热力 学解释 了 含钛夹杂物 的形成方式和衍变 ’ 机理 ， 实验分析 了 冶 炼过 程 中 和 铸还 中 的 含钦夹 杂 物 ， 分析结果验证了 热力 学计算结果 ， 进而提 出 了 减 ° 少 钢 中 夹杂物 的 建议 ° 理论分析 工艺条件 ， 国 内 某钢 厂 钢 的 生 产 工 艺 为 ： 铁水 预 处 理 脱硫 — 顶底复吹转炉 （ — 精炼处 理—连铸 （ 转炉 出 钢温度 、 精炼加 铝脱氧 以 后加人 对钢水进行合金化 ， 所生产 的 ， 钢化学成分见表 不 同 冶炼 阶段钢 中 和 含量如 图 所示 其中 钢液 含量分别 为 ： 加铝后到 中 间 包 阶段 钢 中 含量相对较 加铝后 破真空 时 中 间 高 ， 为 （ 咒 如 图 所示 ， 钢 中 和 包阶段 结 晶 器 ， 铸 坯 中 元素 会 与 钢 中 直接反 应并 与 钢 中 的 不 同 时段钢液 中 — 直在 左右 夹杂反 应生 成 和 钛氧 化物 到 结 晶 器 阶段 ， 表 钢 的化学 成分 质量 分数 ） 由 于部分夹杂物 （ 主要是 氧化物夹杂 ） 的 上 浮去 除 ， 钢 中 含量降低 （ 约 由 于 和 ； — 的 结合能力 要远远 强 于 和 的 结合能力 ， 当 。 含量急剧 降低 时 钢 中 可 能与 钛 的 氧化物 反应 以 为例 ， 反应 （ 可 能 发生 此 时 取钢 含钛夹杂物 热力 学计算 液温度为 由 于 钢 液 中 和 含量很 常压下钢液 中 元素脱氧 能力 的顺序 为 低 所以 取反应 中 和 的活度系 数近似 为 ， 根据钛 氧 化物 的 标准生 计算式 的 反应 自 由 能 ， 结果 如 式 （ 所示 证 明 成 自 由 能判 断 随着 钢 中 钛含 量增 加 ， 时钛 反应 可 以 发 生 同 样 ， 对于 和 ， 存在 的脱氧产物依次为 氧化物— — — 式 和 （ 以 及 相 对 应 的 自 由 能 公 式 （ 和 — ， 低钛含 量 时所形 成 的 脱 氧 产 物最 可 能 （ 这将导致夹杂物 中 钛氧化物成分减 少