在初煉出鋼和精煉過程加入金屬或合金脫氧是最常用的煉鋼脫氧方法，由此帶來的大顆粒脫氧產(chǎn)物的去除和細(xì)小夾雜物的功能化利用與控制成為潔凈鋼冶煉的共性問題，特別是對有特殊性能要求的高品質(zhì)鋼，精確控制氧化物夾雜已成為關(guān)鍵技術(shù)瓶頸。通常情況下，鋼液中金屬脫氧反應(yīng)與鋼-渣界面脫硫和脫磷反應(yīng)不同，脫硫或脫磷是均相反應(yīng)，金屬脫氧是鋼液中溶質(zhì)原子之間形成固體氧化物的多相反應(yīng)，反應(yīng)過程不但涉及原子之間的化學(xué)作用，還涉及到化學(xué)作用產(chǎn)物的形核及長大等多個步驟。
科研人員利用第一性原理方法優(yōu)化顯示，金屬脫氧體系中的介尺度亞穩(wěn)相包括形核前的不同數(shù)目的脫氧劑原子和氧原子結(jié)合的氧化物團(tuán)簇、團(tuán)簇聚集體、臨界核以及形核后的納米尺寸氧化物夾雜。熱力學(xué)平衡計算發(fā)現(xiàn)亞穩(wěn)相恰好與脫氧后體系中的脫氧劑和氧元素含量達(dá)到平衡。
脫氧過程中夾雜物形核服從二步機(jī)理，第一步為脫氧劑原子與氧反應(yīng)生成團(tuán)簇，該過程的熱力學(xué)趨勢大、反應(yīng)速率快，反應(yīng)平衡決定了脫氧后的溶解氧含量;第二步為團(tuán)簇聚集成核，該過程涉及團(tuán)簇的擴(kuò)散和類液態(tài)結(jié)構(gòu)向固態(tài)或晶體結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變行為，是脫氧反應(yīng)的限制性環(huán)節(jié)，決定了夾雜物的形核率。因此，要實現(xiàn)對夾雜物尺寸分布的控制，需進(jìn)一步研究影響第二步的相關(guān)因素以及控制方法。