陳牒斌，李光強(qiáng)，張 戰(zhàn)，黃世輝

(1. 武漢科技大學(xué)高性能鋼鐵材料及其應(yīng)用省部共建協(xié)同創(chuàng)新中心，湖北 武漢，430081；2. 武漢科技大學(xué)省部共建耐火材料與冶金國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢，430081；3. 武漢科技大學(xué)鋼鐵冶金及資源利用省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢，430081)

Fe-Mn-Al-C系高錳高鋁奧氏體鋼具有低密度、高強(qiáng)韌性、耐腐蝕性好及良好的可加工性能，在汽車工業(yè)、裝甲武器及采礦業(yè)等領(lǐng)域被廣泛使用[1-3]。然而，伴隨著大量Al、Mn等合金元素的加入，該類鋼在冶煉過(guò)程中易產(chǎn)生Al2O3、MnS、AlN等大尺寸非金屬夾雜物。Kang等[4]研究發(fā)現(xiàn)，AlN在高鋁TWIP鋼奧氏體晶界處析出，并且由AlN和MnS夾雜物形成的第二相粒子是導(dǎo)致鑄態(tài)鋼熱塑性能惡化的主要原因。另一方面，夾雜物尺寸也會(huì)對(duì)鋼性能產(chǎn)生影響，其中大尺寸夾雜物對(duì)鋼的力學(xué)性能危害較大，小尺寸夾雜物可能無(wú)害甚至能提升鋼的性能[5]。精煉渣成分和堿度對(duì)鋼中夾雜物尺寸能起到一定的控制作用，當(dāng)精煉渣堿度適當(dāng)高時(shí)有利于鋼中細(xì)小夾雜物的形成[6]。Zhao等[7]研究了精煉渣n(CaO)/n(Al2O3)對(duì)Fe-15Mn-10Al-0.7C鋼脫硫和夾雜物去除效果的影響，結(jié)果顯示，當(dāng)堿度R=7.04并且n(CaO)/n(Al2O3)=0.85時(shí)，鋼中硫含量低至1.6×10-5，鋼中夾雜物尺寸降低，大型夾雜物被有效去除，夾雜物數(shù)量減少，鋼液潔凈度明顯提升。此外，向鋼液中加入稀土元素也可達(dá)到夾雜物改質(zhì)和控制夾雜物尺寸的效果，研究表明，煉鋼過(guò)程中稀土元素可將鋼中不規(guī)則的硫化物、氧化物夾雜轉(zhuǎn)變成球形或橢球型、小尺寸且成彌散分布的稀土夾雜物，并且還可以減少鋼中夾雜物的數(shù)量[8-12]。

為此，本文以Fe-30Mn-10Al-1.1C低密度鋼為研究對(duì)象，采用SEM/EDS、夾雜物自動(dòng)分析軟件AZ-Tec對(duì)鑄態(tài)鋼以及爐渣(CaO-Al2O3-MgO)精煉和稀土Ce處理后鋼中夾雜物的類型、形貌特征、數(shù)量及尺寸分布等進(jìn)行表征，分析了精煉渣及稀土Ce處理對(duì)鋼中非金屬夾雜物形成的影響，以期為Fe-Mn-Al-C系高錳高鋁鋼冶煉過(guò)程中夾雜物的控制提供指導(dǎo)。

1 實(shí)驗(yàn)

本研究用鋼的目標(biāo)冶煉成分為w(Mn)=30%、w(Al)=10%、w(C)=1.1%，余量為Fe，冶煉原料為工業(yè)純鐵、鋁粒(純度>99.99%)、高純碳粉(純度>99.99%)和微碳錳鐵粉(w(Mn)=85%、w(P)=0.1%、w(C)=0.2%、w(S)=0.02%，F(xiàn)e余量)等。

試驗(yàn)鋼冶煉在實(shí)驗(yàn)室用真空感應(yīng)爐中進(jìn)行，得到直徑為40 mm、高度在30～40 mm之間的鑄錠，原始鋼標(biāo)記為T(mén)0鋼?？紤]到精煉渣堿度及防止渣對(duì)MgO坩堝的侵蝕，本研究采用的精煉渣為無(wú)SiO2的CaO-Al2O3-MgO渣系，m(CaO)∶m(Al2O3)∶m(MgO)比例為4.5∶4.5∶1，精煉渣需經(jīng)過(guò)預(yù)熔處理，加入的總渣量為鋼錠質(zhì)量的8%，稀土Ce的加入量為鋼錠質(zhì)量的0.02%，具體實(shí)驗(yàn)方案如表1所示，實(shí)驗(yàn)步驟為：將裝有原鋼鑄錠的MgO坩堝置于感應(yīng)爐中，密封爐管后通入高純Ar氣，以防止鋼液氧化，10 min后啟動(dòng)感應(yīng)爐，加熱溫度由感應(yīng)爐自帶鉑銠熱電偶控制，待溫度升至1600 ℃，通過(guò)加料口觀察鑄錠熔化程度，待鑄錠熔清后保溫3 min，隨后加入精煉渣或稀土Ce，保溫相應(yīng)時(shí)間后，關(guān)閉感應(yīng)爐電源，鋼樣隨爐冷卻至室溫。

表1 精煉渣和稀土處理方案

取出鑄錠后，沿其中心縱剖并于中部1/2徑向處切取4 mm×4 mm×4 mm的成分測(cè)試樣和10 mm×8 mm×5 mm金相試樣。各鋼樣的成分測(cè)試結(jié)果如表2所示。由表2可知，T0鋼中硫含量高達(dá)2.36×10-4，而經(jīng)CaO-Al2O3-MgO爐渣精煉后，A1～A3鋼中硫含量降至6×10-6以下，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于文獻(xiàn)[7]報(bào)道的值(1.6×10-5)，并且鋼中氧含量也由8×10-6降至1×10-6～2×10-6，可見(jiàn)該精煉渣具有良好的脫氧脫硫能力；另外，B1～B3鋼中Ce含量遠(yuǎn)低于加入量，硫含量幾乎沒(méi)變，原因是加入的稀土Ce在熔于鋼液過(guò)程中被大量氧化，且Ce和硫反應(yīng)生成的含稀土硫化物夾雜物密度較大，未能上浮排除，故B1～B3鋼中硫含量沒(méi)有明顯變化。

表2 試驗(yàn)鋼的主要成分(wB/%)

金相試樣經(jīng)過(guò)粗磨、細(xì)磨和拋光處理后，利用配有能譜儀(EDS)的場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡(Nova NanoSEM400)對(duì)各鋼樣中夾雜物的二維形貌和成分進(jìn)行表征，使用帶夾雜物自動(dòng)分析軟件(牛津AZ-Tec)的場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡(ThermoFisher/Apreo S HiVac)對(duì)各鋼樣中夾雜物類型、尺寸分布及數(shù)量密度等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，使用與夾雜物面積相等的圓直徑(等效圓直徑)來(lái)表示夾雜物的尺寸大小。

2 結(jié)果與分析

2.1 鋼中夾雜物的形貌特征

T0鋼中典型夾雜物的SEM照片如圖1所示，可以看出，未經(jīng)處理的鑄態(tài)鋼中主要夾雜物類型為MnS、Al2O3、AlN及其復(fù)合夾雜。圖1(a)和圖1(b)所示為Al2O3-AlN外包裹MnS型夾雜物，它們以較為規(guī)則的圓球形Al2O3為核心，中間為AlN夾層，最外層為MnS，該類夾雜物大多以單獨(dú)的大顆粒存在，少部分則是Al2O3和AlN依附在一起后被MnS層包裹，呈聚集形態(tài)，如圖1(c)所示；圖1(d)是以Al2O3為核心外包裹MnS層的復(fù)合夾雜，Al2O3核心呈規(guī)則球形；圖1(e)和圖1(f)均為AlN-MnS復(fù)合夾雜，分別呈現(xiàn)MnS包裹AlN的形態(tài)和AlN附著在MnS夾雜表面的形態(tài)；圖1(g)～圖1(i)為鋼中單獨(dú)存在的MnS夾雜物，其形態(tài)和尺寸不一；另外，鋼中未觀測(cè)到單獨(dú)存在的AlN夾雜，可見(jiàn)AlN在T0鋼中多以復(fù)合夾雜物的形式存在。對(duì)多視場(chǎng)進(jìn)行觀察和統(tǒng)計(jì)后發(fā)現(xiàn)，T0鋼中含氧夾雜物主要為Al2O3-AlN夾雜(尺寸一般在15～20 μm)和Al2O3(尺寸一般為5～10 μm)，其主要以被MnS層包裹的形式存在。

圖1 T0鋼中典型夾雜物的SEM照片

爐渣精煉后鋼中典型夾雜物的形貌特征如圖2所示。圖2(a)和圖2(b)為AlN-MgO-Al2O3復(fù)合夾雜，尺寸一般在15～20 μm，其中核心部的MgO-Al2O3呈規(guī)則球形，外層AlN呈棱角分明的不規(guī)則多邊形；圖2(c)和圖2(d)所示為單一的AlN夾雜，其主要呈多邊形，部分以大型不規(guī)則態(tài)或者小型聚集態(tài)的形式存在；圖2(e)和圖2(f)所示為MgO-Al2O3復(fù)合夾雜及MgO夾雜，這兩種夾雜物的尺寸較小，粒徑一般在3 μm及以下。與精煉渣反應(yīng)后，鋼中硫化物夾雜的數(shù)量明顯減少，SEM視場(chǎng)中幾乎觀察不到單獨(dú)存在的硫化物夾雜。

加入稀土Ce處理后鋼中典型夾雜物的形貌如圖3所示。圖3(a)和圖3(b)所示為MnS包覆AlN的AlN-MnS復(fù)合夾雜，其中圖3(a)的夾雜物上有一些白色物質(zhì)，EDS分析顯示其為Ce元素，表明該類夾雜物是AlN和稀土硫化物的復(fù)合夾雜。圖3(c)和圖3(d)為Al2O3-AlN-MnS復(fù)合夾雜，其以Al2O3為核心，中間層AlN呈附著態(tài)或包裹態(tài)，最外層為MnS。單一的MnS夾雜物形貌多樣，圖3(a)～圖3(c)、圖3(e)中均存在單一的MnS夾雜。圖3(f)為單一的AlN夾雜，呈規(guī)則多邊形。由此可見(jiàn)，加入稀土Ce處理后鋼中AlN-MnS和Al2O3-AlN-MnS復(fù)合夾雜的尺寸相對(duì)較大，在20 μm左右。

2.2 鋼中各類型夾雜物數(shù)量占比及面積分?jǐn)?shù)

放大倍數(shù)1000倍、掃描面積為5.0 mm×5.0 mm的條件下，隨機(jī)選取54個(gè)視場(chǎng)，對(duì)各試驗(yàn)鋼中夾雜物類型、數(shù)量密度、面積分?jǐn)?shù)等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果顯示，T0鋼中夾雜物主要分為7類，分別為MnS、MgO、Al2O3、Al2O3-MgO、Al2O3-MnS、Al2O3-AlN-MnS、AlN-MnS。A1、A2和A3鋼中夾雜物主要有8類，分別為MgS、Al2O3、MgO、AlN、MgO-Al2O3、MgO-MgS、AlN-MgS、MgO- Al2O3-AlN，爐渣精煉后鋼中硫化物夾雜數(shù)量急劇減少，鋼中MnS向MgS轉(zhuǎn)變，這與文獻(xiàn)[13]的研究結(jié)果一致。B1、B2和B3鋼中夾雜物主要有8類，分別為MnS、Al2O3、AlN、AlN-MnS、Al2O3-MnS、Al2O3-AlN、MgO-Al2O3、Al2O3-AlN-MnS，稀土Ce處理后鋼中會(huì)形成一定量的稀土硫化物夾雜，為便于統(tǒng)計(jì)分析，將含有稀土Ce的硫化物夾雜Mn(Ce)S、AlN-Mn(Ce)S、Al2O3-Mn(Ce)S、Al2O3-AlN-Mn(Ce)S統(tǒng)一歸類到與其相對(duì)應(yīng)的MnS、AlN-MnS、Al2O3-MnS、Al2O3-AlN-MnS夾雜中。

試驗(yàn)鋼中各類夾雜物數(shù)量占總夾雜物數(shù)量的比例如圖4所示。由圖4可見(jiàn)，T0鋼中單一的MnS夾雜較多，其次為單一的Al2O3夾雜和Al2O3-MnS復(fù)合夾雜，三元復(fù)合夾雜Al2O3-AlN-MnS的數(shù)量較少，所占比例僅為5%，幾乎沒(méi)有單一的AlN夾雜。

加入CaO-Al2O3-MgO爐渣精煉后，反應(yīng)10 min時(shí)對(duì)應(yīng)的A1鋼中出現(xiàn)大量的MgO-Al2O3復(fù)合夾雜，占比達(dá)到60%，其次是Al2O3夾雜，此外還有一定量單一的MgS夾雜、少量單一AlN夾雜和少量的MgO-Al2O3-AlN復(fù)合夾雜。隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，A2、A3鋼中MgO-Al2O3尖晶石夾雜占比逐漸減少，分別為44%和36%，前期其數(shù)量劇增是由于加入的精煉渣帶入大量的MgO和Al2O3，延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間后，鋼中夾雜物積累長(zhǎng)大，上浮至渣-鋼界面或被爐渣吸收[4,7]；另外，鋼中AlN夾雜物數(shù)量隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸增加，但反應(yīng)20～30min時(shí)，AlN夾雜數(shù)量增加速度變緩，反應(yīng)逐漸趨于平衡。加入精煉渣反應(yīng)后，鋼中單一硫化物及其復(fù)合夾雜含量由T0鋼中的59%降低至20%以下，這與表2所示A1～A3鋼中硫含量明顯降低相符合，鋼中典型夾雜物類型轉(zhuǎn)變?yōu)椋篈lN-MnS→AlN-MgS、Al2O3-MnS→MgO-Al2O3、Al2O3-AlN-MnS→MgO-Al2O3-AlN。

加入稀土Ce反應(yīng)后，反應(yīng)至10min時(shí)對(duì)應(yīng)B1鋼中單一MnS夾雜最多，其次是AlN-MnS夾雜，Al2O3和MgO-Al2O3夾雜分別占13%和11%；反應(yīng)20 min時(shí)，對(duì)應(yīng)的B2鋼中單一MnS夾雜急劇減少至1%左右，而MnS復(fù)合夾雜數(shù)量明顯增多，AlN-MnS復(fù)合夾雜占比達(dá)到68%，并且出現(xiàn)了B1鋼中未出現(xiàn)的Al2O3-AlN-MnS復(fù)合夾雜，占比為9%；反應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)至30 min，對(duì)應(yīng)的B3鋼中AlN-MnS夾雜占比下降至41%，Al2O3-AlN-MnS復(fù)合夾雜占比增至19%，AlN夾雜則隨著反應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)顯著增加至23%。對(duì)比圖4(a)和圖4(c)后可以發(fā)現(xiàn)，鋼中單一的MnS夾雜數(shù)量隨與Ce反應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)迅速減少，而與AlN、Al2O3形成的AlN-MnS和Al2O3-AlN-MnS復(fù)合夾雜的數(shù)量顯著增多。

(a)未處理 (b)爐渣精煉

試驗(yàn)鋼中各類型夾雜物的面積分?jǐn)?shù)如圖5所示。由圖5可見(jiàn)，T0鋼中Al2O3-MnS夾雜面積分?jǐn)?shù)最大，其次為Al2O3-AlN-MnS和AlN-MnS夾雜。MnS硫化物復(fù)合夾雜面積占比高達(dá)80%，但單一的MnS夾雜面積占比卻低至2%左右，結(jié)合圖4分析可知，單一的MnS夾雜尺寸非常小，而MnS復(fù)合夾雜物尺寸較大，這與圖1所示典型夾雜物的形貌特征相符。加入爐渣精煉后，A1～A3鋼中硫化物夾雜的面積分?jǐn)?shù)急劇減小，表明鋼中僅存的硫化物夾雜為細(xì)小夾雜；隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，鋼中MgO-Al2O3夾雜的面積分?jǐn)?shù)先增加后減少，而MgO-Al2O3-AlN復(fù)合夾雜的面積分?jǐn)?shù)則明顯增加，表明該類型夾雜物為大顆粒夾雜，即MgO-Al2O3夾雜形成后與AlN結(jié)合形成三元復(fù)合夾雜；鋼中Al2O3夾雜的面積分?jǐn)?shù)隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)呈逐漸減少趨勢(shì)，而數(shù)量密度變化不大，可見(jiàn)該類夾雜尺寸隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)有逐漸減小的可能。

加入稀土Ce處理10 min對(duì)應(yīng)的B1鋼中，MnS夾雜面積分?jǐn)?shù)為34%，其次為AlN-MnS、Al2O3和Al2O3-MnS夾雜，表明反應(yīng)初期形成大量單一MnS及其復(fù)合夾雜，隨著反應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)至20 min，對(duì)應(yīng)的B2鋼中AlN-MnS夾雜的面積分?jǐn)?shù)增至42%，且Al2O3-AlN-MnS夾雜面積分?jǐn)?shù)急劇增至48%，單一MnS夾雜的面積分?jǐn)?shù)接近于0；反應(yīng)進(jìn)行到30 min時(shí)，對(duì)應(yīng)B3鋼中Al2O3-AlN-MnS夾雜的面積分?jǐn)?shù)高達(dá)78%，AlN-MnS夾雜的面積分?jǐn)?shù)減小至6%，由此可見(jiàn)，稀土處理后鋼中大尺寸夾雜物基本都是硫化物及其復(fù)合夾雜，且在大尺寸硫化物夾雜面積比例中，B1、B2、B3鋼中稀土硫化物復(fù)合夾雜分別占65%、39%和66%，表明含Ce夾雜物主要為大尺寸夾雜，這與圖3所示的觀察結(jié)果一致。

(a)未處理 (b)爐渣精煉

2.3 鋼中夾雜物的數(shù)量密度和尺寸分布

圖6所示為試驗(yàn)鋼中各類夾雜物的粒徑分布統(tǒng)計(jì)結(jié)果。由圖6可知，各鋼中夾雜物粒徑均主要處于0～5 μm范圍，并且集中分布于1～3 μm之間。T0、A1、A2和A3鋼中粒徑在1～5 μm的夾雜物占比依次為87%、88%、92%和97%，而鋼中粒徑大于7 μm的夾雜物數(shù)量占比均在10%以下。加入精煉渣反應(yīng)后，B1、B2、B3鋼中尺寸小于1 μm和尺寸大于7 μm的夾雜物數(shù)量明顯減少，夾雜物尺寸向1～3 μm集中。結(jié)合圖5可知，T0鋼中MnS及其復(fù)合夾雜面積較大，大尺寸夾雜主要為AlN-MnS、Al2O3-MnS和Al2O3-AlN-MnS等，其形貌如圖1所示；加入精煉渣反應(yīng)后，鋼中大尺寸夾雜為MgO-Al2O3-AlN等(見(jiàn)圖2)，并且相比于T0鋼中大尺寸夾雜物的粒徑，加入精煉渣反應(yīng)后，鋼中大尺寸夾雜物的粒徑明顯減小。對(duì)比圖4(a)和圖5(a)可知，單一MnS夾雜數(shù)量最多但面積占比卻很小，表明單一的MnS夾雜尺寸非常小，結(jié)合表2的成分分析可知，精煉渣脫硫反應(yīng)降低了鋼中硫含量，使得鋼中尺寸小于1 μm的夾雜物數(shù)量減少，而硫化物夾雜外殼是導(dǎo)致夾雜物尺寸較大的主要原因，故渣-鋼反應(yīng)后，大尺寸夾雜物數(shù)量也明顯減少。B1、B2、B3鋼中0～5 μm粒徑范圍的夾雜物數(shù)量占比依次為72%、79%、79%，尺寸大于7 μm的夾雜物數(shù)量占比分別為22%、16%和17%。綜上所述，加入Ce反應(yīng)后，鋼中大尺寸夾雜物數(shù)量相比于T0鋼略微減少，但其中大尺寸夾雜物數(shù)量占比卻明顯增大，可見(jiàn)與稀土Ce反應(yīng)后鋼中總夾雜物數(shù)量減少。

(a) 夾雜物數(shù)量密度 (b)夾雜物尺寸分布

圖7所示為鋼中夾雜物的平均尺寸(用等效圓直徑表示)和總數(shù)量密度的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。由圖7可見(jiàn)，加入精煉渣反應(yīng)后，鋼中夾雜物的平均尺寸和夾雜物總數(shù)量密度隨反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)均有一個(gè)先增大后減小的過(guò)程，分析其原因可能是：反應(yīng)初期，渣-鋼反應(yīng)產(chǎn)生大量夾雜物，并且渣熔化的部分雜質(zhì)進(jìn)入鋼液，導(dǎo)致鋼中夾雜物總數(shù)量增多，使得夾雜物平均尺寸增大，但隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，夾雜物逐漸上浮被渣液吸收，夾雜物總數(shù)量逐漸減少，其平均尺寸隨之降低。另外，渣-鋼反應(yīng)后鋼中夾雜物的平均尺寸相較于T0鋼并無(wú)明顯減小，原因是爐渣精煉后鋼中尺寸小于1 μm和尺寸大于7 μm的夾雜物數(shù)量都大量減少(見(jiàn)圖6)，使得鋼中夾雜物平均尺寸變化相對(duì)較小。

圖7 鋼中夾雜物平均等效圓直徑和總數(shù)量密度

從圖7還可以看出，相比于T0鋼，與稀土反應(yīng)后的B1、B2和B3鋼中夾雜物總數(shù)量密度明顯降低，而夾雜物平均尺寸顯著增大，這與上述圖6的分析結(jié)果一致。文獻(xiàn)[9]報(bào)道，鋼中稀土含量在0.01%～0.05%時(shí)，有較好地細(xì)化夾雜物尺寸的效果，而本研究用鋼中加入0.02%Ce反應(yīng)后，夾雜物平均尺寸減小不明顯，此外，由于試驗(yàn)鋼的密度較低，而稀土夾雜物密度較大，所以和S反應(yīng)生成的含稀土硫化物夾雜也沒(méi)能上浮排除。

綜上所述，與CaO-Al2O3-MgO精煉渣反應(yīng)后，F(xiàn)e-30Mn-10Al-1.1C鋼中大尺寸夾雜物(尺寸大于7μm)數(shù)量明顯減少，同時(shí)，夾雜物總數(shù)量也明顯降低，這與文獻(xiàn)[6-7]的研究結(jié)果一致。與稀土Ce反應(yīng)后，F(xiàn)e-30Mn-10Al-1.1C鋼中夾雜物數(shù)量明顯減少，但大尺寸夾雜物的等效圓直徑有所增大。由此可見(jiàn)，稀土Ce處理可以減少Fe-30Mn-10Al-1.1C鋼中夾雜物數(shù)量，但對(duì)夾雜物尺寸的控制效果不甚理想。

2.4 鋼中夾雜物析出熱力學(xué)

圖8所示為根據(jù)T0鋼和A3鋼成分，利用FactSage 8.1熱力學(xué)軟件計(jì)算得到冷卻過(guò)程中MnS、AlN和Al2O3夾雜物的析出量變化。由圖8可知，T0鋼的液相線和固相線溫度分別為1284、1210 ℃，A3鋼的液相線和固相線溫度分別為1209、1273 ℃。T0鋼在凝固過(guò)程中，首先在1669 ℃時(shí)從液相中析出AlN夾雜物，當(dāng)溫度降至1487 ℃，Al2O3夾雜物開(kāi)始析出，在高于固相線溫度時(shí)，MnS夾雜物在1216 ℃下開(kāi)始析出，由于T0鋼中S含量較高，故MnS夾雜物析出量較多。結(jié)合圖1和圖4可知，MnS夾雜不僅會(huì)單獨(dú)析出，而且會(huì)包裹在先析出的AlN和Al2O3周圍，形成復(fù)合夾雜物。爐渣精煉后的A3鋼在冷卻過(guò)程中，同樣先于1592 ℃下析出AlN夾雜物，Al2O3和MnS的析出溫度比較接近，分別為1220、1211 ℃。由于A3鋼經(jīng)過(guò)爐渣精煉脫硫后S含量很低，故相比于原鋼T0，A3鋼中MnS夾雜的析出量大幅降低，結(jié)合圖4可知，A3鋼中沒(méi)有包覆MnS的復(fù)合夾雜物形成。

(a)T0鋼 (b)A3鋼

3 結(jié)論

(1)Fe-30Mn-10Al-1.1C鑄態(tài)鋼中主要夾雜物為單一的MnS、Al2O3、MgO夾雜和復(fù)合的AlN-MnS、Al2O3-MnS、Al2O3-AlN-MnS夾雜；與CaO-Al2O3-MgO精煉渣反應(yīng)后，鋼中主要夾雜物類型為Al2O3、AlN單一夾雜和MgO-Al2O3、MgO-Al2O3-AlN復(fù)合夾雜，大尺寸夾雜物由AlN-MnS、Al2O3-MnS、Al2O3-AlN-MnS復(fù)合夾雜轉(zhuǎn)變?yōu)镸gO-Al2O3-AlN復(fù)合夾雜，硫化物夾雜的數(shù)量大幅減少；加入稀土Ce處理后，反應(yīng)初期鋼中主要為Mn(Ce)S、Al2O3、AlN-Mn(Ce)S等夾雜物，隨著反應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)至30 min，鋼中主要夾雜物為AlN單一夾雜和AlN-Mn(Ce)S、Al2O3-AlN-Mn(Ce)S復(fù)合硫化物夾雜或稀土硫氧化物夾雜。

(2)在Fe-30Mn-10Al-1.1C鋼熔煉過(guò)程中加入CaO-Al2O3-MgO精煉渣反應(yīng)后，鋼中氧含量和硫含量迅速降低，夾雜物數(shù)量密度由46.5 個(gè)/mm2降低至35.7 個(gè)/mm2，尺寸小于1 μm和尺寸大于7 μm的夾雜物數(shù)量均明顯減少，尺寸分布在1～3 μm之間的夾雜物數(shù)量大幅增加，表明CaO-Al2O3-MgO精煉渣具有優(yōu)異的脫氧脫硫能力，并且能有效控制鋼中夾雜物的數(shù)量以及尺寸分布。

(3)在Fe-30Mn-10Al-1.1C鋼熔煉過(guò)程中加入稀土Ce反應(yīng)后，鋼中夾雜物的總數(shù)量密度由46.5 個(gè)/mm2降低至20.0 個(gè)/mm2，夾雜物數(shù)量顯著減少，但大尺寸夾雜物的等效圓直徑明顯增大，表明稀土處理可減少鋼中夾雜物數(shù)量，但對(duì)夾雜物尺寸的控制效果不甚理想。