Thermo-Calc软件

学者研究发现，钢液中Al含量对Ti处理钢中形成的含Ti氧化物存在显著影响。那么如何用Thermo-Calc软件来研究这种影响和表述其存在的关系呢？

     采用Thermo-Calc软件热力学模块计算了Al、Ti处理钢（化学成分见表）在平衡状态下夹杂物的析出情况。两种试验钢C、Si、Mn、S、P以及Ti元素的含量基本相同，二者Al含量存在显著差异。

     计算过程中使用的数据库有TCFE、SSOL、SLAG、SSUB、TCMP等数据库，计算过程中考虑的氧化物类型有：MnO、SiO2、MnSiO3、Al2O3、TiO、TiO2、Ti2O3、Ti3O5，计算结果如图所示。Ti处理钢在高温下首先开始析出Ti3O5，其平衡开始析出温度约为1600℃。随着温度的降低，Ti3O5逐渐转化为Ti2O3，转化温度约为1430℃，其次析出的是TiN和MnS，其平衡开始析出温度约为1350℃（如图a）。在Ti处理钢平衡析出物中，没有TiO或者TiO2，TiO和TiO2都不能稳定存在钢液中。Al处理钢中首先析出的Al2O3，其平衡开始析出温度为1680℃，其次是在奥氏体中析出的TiN，其平衡开始析出温度为1420℃，最后析出的是MnS，其平衡开始析出温度为1350℃（如图b）。由此可见，Ti、Al的氧化物都是在液态钢水中形成的，TiN和MnS是在奥氏体冷却中形成的，Al的氧化物平衡开始析出温度高于Ti的氧化物平衡析出温度，Al处理钢中TiN的平衡开始析出温度要高于Ti处理钢中TiN的平衡析出温度。

(a)Ti treated steel

(b)Al treated steel

由上面的研究可以看出，Al含量的差异造成了钢液中夹杂物类型的显著差异。那么Al含量是如何影响钢中夹杂物类型的呢？

为得到Ti氧化物，炼钢时应如何控制钢液中的Al含量呢？需要从热力学的角度再次对这个问题加以解释。利用Thermo-Calc软件计算了1700K时Al含量对Fe-0.08％C-0.20％Si-1.50％Mn-0.02％Ti-0.0030%O-wt％Al体系中形成氧化物类型的影响（图c、d），计算结果表明，当钢中Al含量小于73ppm时才能有效避免形成Al的氧化物。同时还计算了上述体系中不同[O]含量时为避免形成Al2O3的最大Al含量（图e），如果控制钢液中[O]含量在20～40ppm，则钢液中最大Al含量必须低于62ppm。本研究中试验钢（表中Ti处理钢）中的Al含量为20ppm，因此将不会有Al的氧化物生成。

(c)1700K时Fe-0.08％C-0.003[O]-0.02％Ti体系中Al含量对形成氧化物影响

(d)1700K时Fe-0.08％C-0.003[O]体系中Al、Ti含量对形成氧化物影响

(e)钢液中[O]含量与钢液中应控制的最大Al关系图