1 前言

提高钢铁材料特性的要求越来越高，钢中的非金属夹杂物被认为是破坏或腐蚀的起点，因此采取了通过控制夹杂物的分散状态来提高钢材性能的措施。作为代表性的硫化物类夹杂物MnS与Al₂O₃、SiO₂和MnO等氧化物类夹杂物都在钢中观察到。氧化物类的夹杂物是通过在二次精炼过程中添加Si、Mn、Al等脱酸剂而生成，但MnS的生成行为尚不清楚。图1是铁水中的Mn与S溶解度的关系。可知在Mn和S为高浓度的区域生成MnS。因此，由于钢的凝固偏析，Mn、S浓缩到溶解度以上时，在Al₂O₃等初生夹杂物上MnS有可能不均匀成核。本研究通过冷却含有高浓度Mn、S的钢水，降低溶解度，模拟凝固过程中MnS的结晶，调查了固体Al₂O₃上MnS的结晶行为。

2 实验方法

预先制备了Fe-Mn-SAl-C合金。各实验的合金组成和实验温度示于表1。合金组成如图1所示冷却时，通过降低溶解度而调整生成MnS。在No.2实验中，考虑了C在液相中的浓缩。图2是实验装置的示意图。可以从设置在炉上部硅胶塞上的添加口上下移动Al₂O₃棒的位置，将制备的合金放入Al₂O₃坩埚中，再将其放入石墨支架上，插入电阻炉内。在炉内流通Ar气（150mL/min（S.T.P.）），以10K/min升温至1873K或1780K使其熔化。熔化后，将Al₂O₃棒浸渍在钢水中。之后，以10K/min降温至规定的温度，在该温度保持60min。保持后从钢水中取出Al₂O₃棒，从炉中取出试样，一边吹Ar气一边空冷。实验结束后，将Al₂O₃棒切断，用树脂包埋，研磨切断面，在表面施以碳涂样被绘制为MnAl₂O₄+MnS+L和MnAl₂O₄+Al₂O₃+MnS，并且也绘制了L相。在No.2实验中，由于实验温度低于1773K，液相区域变窄，因此可以认为在MnAl₂O₄ +L相上也有绘制。因此，由于MnAl₂O₄存在于绘制的所有区域中，因此认为固体Al₂O₃上MnS的生成与MnAl₂O₄的生成有关。图3是根据状态图，层。通过SEM-EDS进行了氧化物棒的断面观察和组成分析。

3 结果与考察

No.1和No.2实验都观察到实验中Al₂O₃棒上生成被认为是结晶物的附着物。因此，通过SEM-EDS对Al₂O₃棒及附着物界面进行了观察和分析。观察Al₂O₃棒截面的SEM图像和Mn、S、Fe、Al、O的元素映射图发现，在附着物部分Fe整体分布，其中可以确认Mn、S、O的分布；在Mn和S分布重叠的部分，认为生成MnS。

关于附着物侧，进行了点分析，将其结果绘制在Al₂O₃-MnO-MnS系的状态图上。在No.1实验中，被绘制为MnAl₂O₄+MnS+L和MnAl₂O₄+Al₂O₃+MnS。在No.2实验中与No.1实验一认为Al₂O₃上发生的反应的示意图。C浓度对Mn和S溶解度的降低和液相线温度等实验条件有很大影响，但没有发现对MnS生成有大的影响。

4 结论

通过对含有高浓度Mn、S的钢水进行急冷使其降低溶解度，模拟凝固过程中MnS的结晶，对固体Al₂O₃上的MnS结晶行为进行调查，得出以下知识：

1）在从1873K降温至1773K，以及从1780K降温至1653K时的两种实验中，可以确认固体Al₂O₃生成含Mn的硫化物。

2）通过与Al₂O₃-MnO-MnS系状态图的比较，发现固体Al₂O₃上的附着物组成是与MnAl₂O₄共存的组成。认为MnAl₂O₄的生成与MnS的生成有关。