In-situ Observation of Inclusion Formation Behavior in Ultra-Low Carbon Steel with Al–Ti Complex Deoxidation

超低碳钢Al-Ti复合脱氧夹杂物形成行为原位观察

本文研究了超低碳钢中Al-Ti复合脱氧夹杂物的形成机理。Al₂O₃-TiO_x - (FeO_x)复合型脱氧夹杂物会导致随口堵塞和铸坯表面缺陷。许多研究考察了钢液中Al₂O₃-TiO_x - (FeO_x)复合型夹杂物的形成，已经做了相当大的努力，但是仍然难以区分热力学平衡态和转变瞬态。本工作主要的重点是利用采样技术和高温共聚焦显微镜确认热力学状态稳定的夹杂物，在RH工艺过程中Al-Ti复合脱氧的影响。采用扫描电镜-能谱仪SEM-EDS和聚焦离子束-能量散射光谱SEM-FIB技术对试样进行精密分析，并萃取的夹杂物进行SEM-EDS分析。在高温显微镜下，在脱氧氩气条件下钢水的低氧势RH试样中，所分析的夹杂物为Al₂O₃，这与许多研究者报道的平衡相图结果一致。利用原位高温共聚焦显微镜，本研究证实了在二次氧化过程中Al₂O₃-TiO_x - (FeO_x)复合型夹杂物的形成。结果表明，这些Al₂O₃-TiO_x - (FeO_x)复合型夹杂物不是在RH工艺过程的热力学平衡下形成的，而是二次氧化的产物。这一结果为防止二次氧化以减少Al₂O₃-TiO_x - (FeO_x)复合型夹杂物的形成提供了依据，这些夹杂物在炼钢过程中会导致连铸随口堵塞和铸坯表面缺陷。

关键词：超低碳钢；RH；Al-Ti复合脱氧；二次氧化；高温共聚焦显微镜；聚焦离子束-能量散射光谱FIB-EDS

1. 引言

随着现代社会的快速发展，对具有优良成形性能的钢材的需求不断增加。将钢中的C和N含量降低到几十ppm以下，提高位错迁移率是提高成形性最常见和最有效的方法之一。[1]超低碳钢特别适用于需要优异成形性的产品，如汽车外部面板。

为了改善材料的可加工性，通常将超低碳钢加入Ti合金元素形成Ti（C，N）析出相，该析出相捕获了C和N等间隙溶质元素。在钢水的精炼过程中，将C和N的含量控制在几十ppm以下，并加入Ti微合金元素。然而，在超低碳钢中添加Ti微合金元素会导致严重的连铸水口堵塞，降低生产率，并引起诸如Ti基夹杂物引起铸坯表面反复出现的缺陷问题。Basu et al.[2]对添加Ti和不添加Ti的钢水的水口堵塞现象进行了深入研究，报告称添加Ti的钢的水口堵塞更严重，含有铁的Al-Ti复合型夹杂物附着在水口上。Tsunekawa等人[3]报道了超低碳钢轧制后最终产品出现缺陷的情况。

为了应对这些挑战，许多研究[4~16]研究了超低碳钢中Ti基夹杂物的形成行为、水口堵塞的机制以及Al₂O₃-TiO_x- (FeO_x)的相平衡。研究人员争论的一个关键问题是Al₂O₃-TiO_x - (FeO_x)复合型夹杂物是否在钢液阶段形成平衡，如果是这样，这些夹杂物是否在凝固过程中持续存在并导致最终产品的缺陷。本文作者的研究[17~19]表明，钛的平衡相随钢液中钛的浓度而变化。此外，Sun等人[20]报道了Ti具有多种价态，Al-Ti-O系的相图依赖于氧分压。各种Ti平衡相与Al脱氧钢之间相互作用的复杂性限制了研究的进展，并导致了持续的争议。最近，Kang等人[21~29]发表了一系列关于超低碳钢中Al₂O₃-TiO_x- (FeO_x)复合型夹杂物形成的重要研究。他们的工作基于实验和热力学分析，表明在铝脱氧引起的低氧势条件下，钢液中很难形成稳定的Al₂O₃-TiO_x - (FeO_x)复合型夹杂物。相反，当加入Ti时，可以形成铁介导的平衡相，这需要对Fe-Al-Ti-O四元系进行热力学分析。

在本研究中，利用工业炼钢过程中的试样试样对平衡相进行了研究。试样在不同的氧气氛下用高温显微镜检查。利用扫描电镜-能谱仪SEM-EDS和聚焦离子束-能量散射光谱FIBEDS对夹杂物进行了详细分析。该方法通过详细分析，清楚地了解了当氧势极低或氧化条件下夹杂物的形成和行为。

2. 实验

在这项研究中，使用的试样取自浦项制铁浦项RH工艺生产的超低碳钢，经过Al - Ti脱氧（300 ppm Al和400 ppm Ti）。为了准确分析试样内的夹杂物中是否存在铁，我们采用了典型试样抛光的方法进行二维SEM-EDS分析。用酸电解萃取Fe，用小于1μm的过滤器分离未溶解的夹杂物。这有助于在用SEM-EDS观察夹杂物形状和成分时最大限度地减少基体Fe的影响。

此外，利用共聚焦扫描激光显微镜（CSLM, VL2000DX, Yonekura，日本）在脱氧Ar气体气氛和Ar-2%O₂气体气氛下进行了高温原位观察。一些研究[30~32]已经解释了如何使用CSLM来观察钢水和炉渣，因此可以进一步参考这些研究。在本研究中，使用99.999%纯度的Ar气体。为了减少气体中氧气的影响，采用了不锈钢管和接头。为了进一步减少氩气中的微量氧，将气体连续通过CaCl₂、硅胶、Ti海绵和Mg管进行脱氧。

为了进行现场观察，取Al-Ti脱氧后的超低碳钢试样，用超声波清洗机对其进行抛光和清洗，然后放入CSLM腔内的Al₂O₃坩埚中。将B型热电偶置于Pt支架下测量温度，并使用纯Cu， Ni和Fe对热电偶进行校准。测量温度与校正温度的实际温差为10 K，为保证实验精度，将其应用于实验。

为了减少氧气和其他杂质在腔体中的影响，使用真空泵去除气体，然后反复循环引入脱氧的Ar气体，然后再次去除。首先以50 K/min的速度缓慢加热到100℃以去除水分，然后以300 K/min的速度加热到1823 K。一旦达到目标温度，就开始录像。实验结束后，快速冷却并抽真空。为了验证超低碳钢中平衡夹杂物的存在，利用扫描电镜能谱仪对在脱氧氩气氛下观察到的试样试样表面进行了分析。对于暴露于Ar-2%O₂气氛中的试样，用FIBEDS观察了从表面到内层再氧化形成的夹杂物。实时观察时，设置气体流速为100 ml/min。图1为实验后的试样，Al₂O₃坩埚内脱氧Ar气氛下试样的图像，以及Ar-2% O₂气氛下试样的图像。

图1实验后的试样。a)试样在Ar-2% O₂气氛中实验后的照片b)试样在Ar气氛中实验后的照片

3. 结果与讨论

当考虑钢液中Al和O的热力学平衡时，在整个Al浓度含量范围内，Al₂O₃是稳定的氧化相。当钢水中高氧浓度在500 ~ 700 ppm范围内时，铁铝尖晶石（FeO·Al₂O₃）处于平衡态。在这一点上，平衡铝浓度范围从18到70 ppm。最近，Hayashi等人[39]报道，在1873 K下，当Al为0.4 ppm和O为520 ppm时，FeO-Al₂O₃相变得稳定。

此外，作者对钢液中Ti和O的热力学平衡的研究[17~19]表明，平衡相随Ti浓度的变化而变化。这些相包括TiO、Ti₂O3、Ti₃O₅和FeOx-Ti₃O₅。与Al脱氧平衡类似，在1873 K下，当钢液中Ti浓度降至约100 ppm以下，O浓度升至100 ppm以上时，含FeOx的Ti₃O₅夹杂物变得稳定。

结果表明，含FeO的夹杂物在高氧势条件下处于平衡状态。因此，在氧势增加的区域，例如在Al-Ti复合脱氧的二次氧化过程中，可以形成由铁氧化物介导的平衡氧化物。此外，许多研究者[4~16,20~29]研究了Al-Ti脱氧过程中相的热力学稳定性。对于Al₂O₃-TiO_x-(FeO_x)复合相是否存在以及是否以液态存在，研究者们的看法不一。然而，所有的研究人员都同意，根据Al - Ti -O相图，在含有300 ppm Al和400 ppm Ti的超低碳钢中，热力学稳定相是Al₂O₃。结合Al-Ti-O平衡相图和RH过程中实际添加的钛合金，可以推断出夹杂物的瞬态成分。

Al脱氧主要导致Al₂O₃夹杂物的形成，这些夹杂物在很宽的条件下都是稳定的。然而，当Al脱氧后引入Ti时，夹杂物的化学性质会发生变化，由于Ti的加入，在局部还原条件下暂时形成Al₂O₃-TiO_x-(FeO_x)复合型夹杂物。这与Matsuura等人[4]和Wang等人[5~8]在实验室研究瞬态Al-Ti复合脱氧报告的结果一致。

3.1. 超低碳钢Al-Ti脱氧后的平衡夹杂物

超低碳钢通常是通过在转炉（BOF）中对铁水进行脱碳，然后在RH过程中进行额外的脱碳来达到超低碳的。为了验证钢水相中的平衡夹杂物，在浦项制铁浦项工厂RH工艺操作结束时，在1853 K下用Al-Ti脱氧精炼钢后，使用棒棒糖取样器采集了试样。RH工艺后试样的化学成分如表1所示。

表1RH法超低碳钢试样的化学成分

首先，为了统计分析RH试样中的夹杂物，对试样进行抛光并使用自动SEM-EDS进行分析。分析面积为3mm×3mm，大于1μm的夹杂物在1000倍的放大倍数下自动分析。分析结果如表2所示。结果表明：65.9%的夹杂物由Al₂O₃组成；另一方面，34.1%的夹杂物中Ti含量低于0.4 at%。Al-O夹杂物的平均尺寸为2.23μm，而Ti夹杂物的平均尺寸为1.83μm，表明Al-O夹杂物的平均尺寸更大。抛光表面的EDS分析受铁基体的影响，会影响夹杂物成分的准确分析。为了进一步确认夹杂物的确切成分和形态，我们使用电化学萃取和过滤进行了额外的分析，如第2章所述，然后对萃取的夹杂物进行EDS分析。这种方法可以对夹杂物的形状、大小和成分进行更精确的3D分析，但耗时较长。自动扫描电镜分析表明，34.1%的夹杂物中含有Ti，但Ti含量仅为几个原子百分比，大部分夹杂物主要由Al₂O₃组成。

表2采用自动扫描电镜能谱仪对试样中夹杂物进行定量分析

图2显示了电化学萃取和能谱分析后的代表性夹杂物，揭示了这些Al₂O₃夹杂物的面型结构形貌，尺寸约为10μm。据M-A. van Ende等人报道，[40]这种多面形状是由于钢水中的氧势低。在Al₂O₃-TiO_x-(FeO_x)夹杂物中Ti含量低于0.5 at%的情况下，析出的颗粒通常表现出不规则和非平衡态组织结构。这种形态的不规则性可以解释为最初形成的Al₂O₃-TiO_x-(FeO_x)复合夹杂物的Al部分还原的结果，而Al在脱氧后仍然溶解在钢液中。特别是在局部富集Ti的条件下，Ti可以部分还原Al₂O₃形成Al₂O₃-TiO_x-(FeO_x)中间相。然而，这些相是热力学不稳定的，最终被Al还原回Al₂O₃，而Al具有很强的脱氧能力并控制最终的平衡态。这一系列的转变，即Al₂O₃被Ti暂时还原为Al₂O₃-TiO_x-(FeO_x)，随后又被Al再还原为Al₂O₃，导致了在取样过程中观察到的不规则形状的夹杂物。Wang等人[5]也通过实验证明了这种瞬态行为，他们使用高温钢水取样技术研究了含钛氧化物夹杂物的热力学不稳定性和形态演变。本研究的结果与他们的观察结果一致，支持了Al₂O₃-TiO_x-(FeO_x)夹杂物在向Al₂O₃平衡相过渡的过程中只是暂时形式的结论，考虑到在RH精炼条件下含有0.03 wt% Al和0.04 wt% Ti的超低碳钢在1853 K时的热力学平衡。

图2电化学萃取后夹杂物的SEM-EDS图像分析。a) Al₂O₃夹杂物形貌b)钢液中Al还原TiOx形成的夹杂物形貌

RH工艺的特点是在减压下通过上升和下降管强烈搅拌容器中的钢液，使钢在超低碳钢生产的处理时间内达到接近平衡状态。在RH工艺的强烈搅拌和还原条件下，钢迅速趋于平衡，在超低碳钢中不存在这些Al₂O₃-TiO_x-(FeO_x)复合型夹杂物。结果表明，在RH过程中形成的夹杂物以Al₂O₃为主，含有微量的Ti和Fe。因此，在RH过程的平衡条件下，Al₂O₃-TiO_x-(FeO_x)复合型夹杂物是不稳定的。

3.2. 脱氧氩气气氛下夹杂物形成行为的原位观察

使用第2节中描述的高温显微镜，观察了浦项钢铁厂RH试样的相同的超低碳钢在脱氧Ar气氛中在1823 K的温度下熔化后的夹杂物形成行为，这在第3.1节中进行了分析。用99.999%的高纯Ar气体进行广泛脱氧，将氧势控制在10^-20分压，防止了钢液中Al的氧化。这个实验装置允许RH钢水试样在不被二次氧化的情况下熔化，让我们看到现有的Al₂O₃簇的行为。用超声波方法对这些试样进行处理、抛光和清洗，然后使用第2节所述的高温显微镜进行观察。图3为高温显微镜在1823 K脱氧氩气氛下的结果。在整个试样熔化后，我们观察到已经形成的Al₂O₃团簇，随着钢液中的Al₂O₃颗粒，由于钢液的流动而快速移动并相互聚集。Sasai[41~46]最近的研究表明，Al₂O₃颗粒不能很好地与钢液湿润。此外，Al₂O₃夹杂物之间的团聚力受腔桥力的影响，有利于Al₂O₃颗粒在Al脱氧钢液中的粘附。研究还发现，Al₂O₃团簇一旦形成，即使搅拌钢液，也很难分离。随后，这些团簇被烧结，形成相对牢固结合的氧化铝聚集体。在我们的实验中，我们发现Al₂O₃簇的行为与Sasai[41~46]报道的相似。我们清楚地观察到，连接到Al₂O₃的团簇不再分开。

图3在脱氧氩气氛中脱氧超低碳钢试样的高温显微快照。a)捕捉Al₂O₃聚集形成团簇瞬间的照片b)捕捉悬浮在钢水中的Al₂O₃颗粒在4秒后聚集形成额外团簇瞬间的照片

图4显示了试样快速冷却后CSLM中观察到的夹杂物组成分析。用SEM-EDS对试样表面进行了分析。这一分析证实了在极低氧的脱氧氩气气氛中形成的颗粒是Al₂O₃。这一发现与其他研究人员的报告相吻合，表明当铝含量为300 ppm、钛含量为400 ppm时，超低碳钢的夹杂物稳定相是Al₂O₃。

图4在脱氧氩气氛中快速凝固试样表面的SEM-EDS图像

Sun等人[20]报道了Al脱氧和Ti加入后的平衡相夹杂物组成。在他们的结果中，他们通过实验证实，在Al/Ti脱氧后，增加平衡时间会导致夹杂物聚集并变得更球形化。此外，EDS分析表明，夹杂物几乎由纯Al₂O₃组成，Ti氧化物含量小于1wt%。这些发现与本研究中RH试样中夹杂物分析的结果一致。

与3.1节RH过程中分析的试样一样，我们没有观察到任何Al₂O₃-TiO_x-(FeO_x)复杂性夹杂物，因此，再次证实了超低碳钢中因Al-Ti复合脱氧而在极低氧势下达到平衡的夹杂物是Al₂O₃相。

3.3. Ar-2%O₂气氛下夹杂物形成行为的原位观察

图5和图6显示了来自浦项制铁工厂的超低碳钢RH钢水试样，使用3.2节所述的高温显微镜观察。熔化前，在脱氧的Ar气体气氛下控制腔内氧势，熔化后，将气体切换为Ar与2% O₂的气体混合物。在这种情况下，氧分压保持在10⁻²的水平，这足以使钢液进行再次氧化。如图5所示，当试样表面暴露于有氧的Ar气氛中时，首先形成细长针状的FeOx，5~84秒后拍了一张照片。接着，如图6所示，细长的FeOx与钢液中的Al和Ti反应形成黑色球形Al₂O₃，同时生成Al₂O₃-TiO_x-(FeO_x)复合型夹杂物。99~156秒后拍摄了一张照片。在相同功率下控制高温显微镜的内部温度，但随着时间的推移，温度从1843 K逐渐升高到1857 K。这种增加被认为是由于钢液中的氧化反应。

图5在Ar-2%O₂气氛中暴露的低碳钢试样的高温显微镜1号快照。a) 5秒后FeO第一次被再次氧化形成细长形状的瞬间的照片b) 84秒后FeO被再次氧化形成占据大部分钢液表面的瞬间的照片

图6低碳钢试样暴露在Ar-2%O₂气氛中的高温显微镜2号快照。a)在99秒后，通过再次氧化在表面形成的FeO与钢液中的Al反应形成Al₂O₃夹杂物的瞬间。b)在156秒后，通过再次氧化在Al₂O₃夹杂物周围形成液态Al₂O₃-TiO_x-(FeO_x)的瞬间

图7为CSLM观察后试样快速冷却后的SEM-EDS观察结果。当氧势保持在较高水平时，表面暴露在再次氧化气氛中，SEM-EDS证实形成了Al₂O₃-TiO_x-FeO_x复合型夹杂物。这一发现与第3.1节中RH试样的结果和第3.2节中在脱氧Ar气体气氛下的CSLM观察结果形成对比，其中未检测到Al₂O₃-TiO_x-FeO_x复合型夹杂物。虽然在3.1节RH试样的分析中观察到约34.1%的夹杂物含钛，但Ti浓度处于几个原子百分比的水平。然而，在这次观察中，在Al₂O₃-TiO_x-(FeO_x) 复合型夹杂物中发现了较高的Ti含量。这些夹杂物类似于Al₂O₃-TiO_x-(FeO_x)复合型夹杂物，通常存在于超低碳钢连铸生产中水口堵塞物和表面缺陷材料中。Park等人[47]报道了钢中的Al和Ti同时被炉渣中的SiO₂氧化，他们通过实验证实，炉渣的再次氧化导致钢液中溶解氧过饱和，从而形成复杂的Al-Ti-O氧化物。此外，Lee等人[26~28]通过实验报道，当含有Al和Ti的试样与CO气体反应时，形成了具有液态FeO- Al₂O₃-TiOx复合型夹杂物和Al₂O₃夹杂物。这一发现与本研究中用Ar-2%O₂气体平衡钢液试样的夹杂物分析结果一致。最近，根据Kang等人的研究，[48]利用CALPHAD、SEM、EDS、EBSD和CSLM技术对超低碳钢中Al-Ti复合脱氧产物的形成进行了实验验证和热力学分析。通过本研究，报告了一个新的Fe-Al-Ti-O氧化物相图，并通过CSLM实验验证了FeOx的影响。据报道，在再次氧化过程中，形成了含有O、Ti、Al和Fe的复合氧化物。我们的结果显示了使用Ar-2%O₂的强二次氧化气氛，而Kang的结果显示了较低的再氧化程度，因为使用了相对较少的净化气氛。这一结果与我们在本实验中的发现相似，在二次氧化的超低碳钢中形成了Al-Ti复合夹杂物。

图7在Ar-2%O₂气氛中快速凝固试样表面的SEM-EDS图像

此外，在CLSM观察后，在腔体中迅速冷却的试样内部使用FIB-EDS分析，图8显示了用聚焦离子束在试样表面蚀刻的区域。图像显示了用SEM-EDS以一定角度观察蚀刻区域的结果。钢水表面暴露在二次氧化气氛中，可以确认表面氧化层的形成，并在氧化层下形成Al₂O₃和Al₂O₃-TiO_x-(FeO_x)复合型夹杂物。

图8暴露于Ar-2%O₂氧化气氛后快速凝固试样的FIB分析位置和倾斜截面图像

图9显示了测量表面氧化层和形成的氧化物尺寸的结果。Ar-2%O₂气氛形成的氧化层平均厚度为175 ~ 205 nm，氧化层形成部位的最大厚度为6.1μm。此外，还证实了由含有Al和Ti的试样再氧化形成的氧化物由两种不同的色调表示。为了准确地分析这两种色调的成分，进行了元素映射和EDS点分析。

图9倾斜截面的SEM图像显示了氧化层和氧化物的测量厚度

图10显示了用于验证氧化层确切成分分布的EDS元素映射结果。根据元素映射的结果，验证了以下发现。此外，图11显示了试样中典型形成的氧化物的EDS结果。与元素映射结果一致，在其周围形成了Al₂O₃夹杂物和Al₂O₃-TiO_x-(FeO_x)复合夹杂物。在Ar-2%O₂的氧化作用下，得到了最大粒径为6μm的粗大Al₂O₃氧化物，Al₂O₃-TiO_x-(FeO_x)复合氧化物在Al₂O₃氧化物周围形成。这说明初始氧化层中的FeOx主要被Al还原，Al的脱氧能力最强，从而形成如图5(b)所示的Al₂O₃。由于FeOx被Al还原，同时Al被氧化，局部Al浓度降低。在这些缺Al区域，剩余的Al与Ti一起作为还原剂，使FeOx层还原，形成Al₂O₃-TiO_x-(FeO_x)复合氧化物。图7的表面SEM-EDS分析结果与Al₂O₃-TiO_x-(FeO_x)复合夹杂物的形成一致，证实其存在于试样内部10μm的深度。因此，验证了Al₂O₃-TiO_x-(FeO_x)复合型夹杂物的形成具有较高的氧势。

图10试样电镜扫描倾斜的横截面图像与元素映射

图11试样代表性区域的倾斜横截面SEM图像与EDS分析

3.4. 二次氧化条件下夹杂物形成行为的热力学分析

为了理解3.3节实验中形成的夹杂物行为，我们使用了一个叫做FactSage的热力学软件。图12为Fe-0.03%Al-0.04%Ti钢在不同氧分压和温度下平衡夹杂物的计算结果。根据图12在1823 K时的热力学计算，试样暴露在二次氧化气氛下表面形成Fe₃O₄尖晶石。然后，由于Fe₃O₄与钢液中的Al和Ti发生反应，形成Fe[Al,Ti]₂O₄尖晶石。随着氧化过程的继续，还形成了Al₂O₃-TiO_x-(FeO_x)复合型夹杂物和Al₂O₃，并对其进行了热力学验证。根据热力学计算总结3.3节的实验结果：

氧化铁(Fe3O4尖晶石形成) → Fe [Al, Ti] 2O4尖晶石形成→ 液相(Al2O3 - TiOx - FeOx) + Al2O3

图12热力学计算超低碳钢成分下Fe-Ti-Al-O相稳定性图随温度和log P（O₂）函数

图12所示的反应顺序是基于热力学稳定性随氧分压降低的示意图。然而，它并不一定反映整体反应状态。如图9所示，这种热力学解释特别局限于距离试样表面约10μm的反应区域，由于氧化气氛中的氧气扩散到钢液界面而发生氧化。假设Fe₃O₄尖晶石最初是在表面的高氧分压下形成的，随后发生反应，如Fe[Al，Ti]₂O₄尖晶石和氧化物与铁液界面处的液态氧化物的形成。这种表面局部化机制解释了在氧化物-钢界面观察到的逐步相变，并支持了氧气分压从气体暴露表面向钢液逐渐降低的解释，使连续相的形成成为可能。

在本研究中，我们通过高温显微镜观察到Al₂O₃-TiO_x-(FeO_x)复合型夹杂物的形成，这是在实际炼钢过程中导致水口堵塞和铸坯表面缺陷的物质。[2]这使我们得出结论，防止钢液再次氧化在超低碳钢的整个生产工艺过程中非常重要，从炼钢阶段到连铸阶段。在超低碳钢生产过程中，为了尽量减少水口堵塞[2]和铸坯表面缺陷[3]，必须通过降低钢包渣的氧势来抑制钢液的再次氧化。特别是，在连铸过程中，重要的是要防止中间包覆盖剂开眼将钢水暴露在大气环境中，并避免在各个位置夹带空气。

4. 结论

研究了超低碳钢中Al-Ti脱氧后形成的平衡夹杂物在RH精炼过程中的行为。利用高温显微技术，证实了在再次氧化条件下钢水中形成了Al₂O₃-TiO_x-(FeO_x)复合型夹杂物，并得到了热力学验证。

结果总结如下。

(1) 利用扫描电子能谱仪（SEM-EDS）分析了浦项制铁浦项炼钢厂Al-Ti脱氧超低碳钢RH工艺中的夹杂物。超低碳钢中Al-Ti复合脱氧后的平衡夹杂物以Al₂O₃为主，少量Ti仅作为瞬态相存在。这表明Al₂O₃-TiO_x-(FeO_x)复合型夹杂物在RH过程中的平衡条件下是不稳定的。

(2) 利用高温显微镜对超低碳钢中的Al₂O₃团簇进行了分析。钢水的流动导致这些团簇发生碰撞，表明它们由于毛细桥而抵抗分离。在脱氧Ar气氛中分析证实，这些夹杂物主要是Al₂O₃，在低氧势条件下增强了该相的稳定性。在本研究中未观察到Al₂O₃-TiO_x-(FeO_x)复合型夹杂物。

(3) 高温显微观察发现，超低碳钢快速冷却后，在高氧势条件下，在再次氧化过程中形成Al₂O₃-TiO_x-(FeO_x)复合型夹杂物，经SEM-EDS和FIB分析证实。

(4) 根据热力学计算，试样表面暴露于再次氧化气氛中形成Fe₃O₄尖晶石。然后，由于Fe₃O₄与钢液中的Al和Ti发生反应，形成Fe[Al,Ti]2O4尖晶石。随着氧化的继续，还形成了Al₂O₃-TiO_x-(FeO_x)复合型夹杂物和Al₂O₃。

利益冲突

作者声明无利益冲突。

致谢

作者对浦项工业大学Youn-Bae Kang教授就超低碳钢中Al₂O₃-TiO_x-(FeO_x)复合型夹杂物的形成进行了深刻的讨论表示感谢。此外，作者要感谢POSCO的Seong-Seok Jeong博士对CSLM实验的帮助。

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作者

Woo-Yeol CHA1)* and Wan-Yi KIM2)：

1) Technical Research Institute, Steel Products Research Laboratories, Steelmaking Research Group, POSCO, Pohangsi, Namgu, Donghaean-ro, 37859 Korea.

2) Steel Products Research Laboratories, Steelmaking Research Group, POSCO. Now at Research Institute for Secondary Battery Materials, POSCO_Holdings, Pohangsi, Namgu, Cheongam-ro, 37673 Korea.

* 通讯作者：E-mail: chawoo@posco.com

唐杰民2025年11月上中旬翻译自某国<ISIJ International>10月期刊。水平有限，翻译不准和错误之处敬请各位专家看官给予指正。