摘要: 大量试验和工业生产实践表明,钢液用金属(如铝、硅)脱氧反应难以达到生成固体氧化物夹杂的热力学平衡状态,即脱氧产物不能完全转变为最稳定结构的晶体或固体氧化物夹杂,部分脱氧产物以稳定性低于氧化物夹杂的亚稳相形式存在。亚稳相是熔体中处于原子与夹杂物颗粒尺度之间的介尺度物相,同时其结构也是介于液态(包括无定型)与稳定的固态(包括晶体)结构之间的演变状态。利用第一性原理方法优化显示,金属脱氧体系中的介尺度亚稳相包括形核前的不同数目的脱氧剂原子和氧原子结合的氧化物团簇、团簇聚集体、临界核以及形核后的纳米尺寸氧化物夹杂。热力学平衡计算发现亚稳相恰好与脱氧后体系中的脱氧剂和氧元素含量达到平衡。脱氧过程中夹杂物形核服从二步机理,第一步为脱氧剂原子与氧反应生成团簇,该过程的热力学趋势大、反应速率快,反应平衡决定了脱氧后的溶解氧含量;第二步为团簇聚集成核,该过程涉及团簇的扩散和类液态结构向固态或晶体结构的转变行为,是脱氧反应的限制性环节,决定了夹杂物的形核率。因此,要实现对夹杂物尺寸分布的控制,需进一步研究影响第二步的相关因素以及控制方法。