[指南]高干净钢中稀土和共存残存元素的感化
史上最全合金元素在钢中的作用
为了改善和提高钢的某些性能和使之获得某些特殊性能而有意在冶炼过程中加入的元素称为合金元素。
常用的合金元素有铬，镍，钼，钨，钒，钛，铌，锆，钴，硅，锰，铝，铜，硼，稀土等。
磷，硫，氮等在某些情况下也起到合金的作用。
(1)铬(Cr)铬能增加钢的淬透性并有二次硬化的作用，可提高碳钢的硬度和耐磨性而不使钢变脆。
含量超过12%时，使钢有良好的高温抗氧化性和耐氧化性腐蚀的作用，还增加钢的热强性。
铬为不锈钢耐酸钢及耐热钢的主要合金元素。
铬能提高碳素钢轧制状态的强度和硬度，降低伸长率和断面收缩率。
当铬含量超过15%时，强度和硬度将下降，伸长率和断面收缩率则相应地有所提高。
含铬钢的零件经研磨容易获得较高的表面加工质量。
铬在调质结构中的主要作用是提高淬透性，使钢经淬火回火后具有较好的综合力学性能，在渗碳钢中还可以形成含铬的碳化物，从而提高材料表面的耐磨性。
含铬的弹簧钢在热处理时不易脱碳。
铬能提高工具钢的耐磨性、硬度和红硬性，有良好的回火稳定性。
在电热合金中，铬能提高合金的抗氧化性、电阻和强度。
（2）镍（Ni）镍在钢中强化铁素体并细化珠光体，总的效果是提高强度，对塑性的影响不显著。
一般地讲，对不需调质处理而在轧钢、正火或退火状态使用的低碳钢，一定的含镍量能提高钢的强度而不显著降低其韧性。
据统计，每增加1%的镍约可提高强度29.4Pa。
随着镍含量的增加，钢的屈服程度比抗拉强度提高的快，因此含镍钢的比可较普通碳素钢高。
镍在提高钢强度的同时，对钢的韧性、塑性以及其他工艺的性能的损害较其他合金元素的影响小。
对于中碳钢，由于镍降低珠光体转变温度，使珠光体变细；又由于镍降低共析点的含碳量，因而和相同的碳含量的碳素钢比，其珠光体数量较多，使含镍的珠光体铁素体钢的强度较相同碳含量的碳素钢高。
反之，若使钢的强度相同，含镍钢的碳含量可以适当降低，因而能使钢的韧性和塑性有所提。
镍可以提高钢对疲劳的抗力和减小钢对缺口的敏感性。
镍降低钢的低温脆性转变温度，这对低温用钢有极重要的意义。
钢中稀土加入工艺技术研究与应用
钢中稀土加入工艺技术研究与应用稀土元素根据他们性质上差异和分离工艺的要求一般分为轻稀土和重稀土两组，其中镧、铈、镨、钕、钜、钐、铕为轻稀土。
稀土元素是典型的金属元素，它们的金属活泼性仅次于碱金属和碱土金属，比其他金属元素都活泼，可与多种元素化合，且稀土金属的燃点很低，如铈165℃，钕270℃，极易与氧起反应。
所有的稀土金属能在180℃-200℃的空气中被氧化成RE203型氧化物，稀土氧化物的熔点都很高，生成自由能负值很大，说明它们都是很稳定的化合物。
由于稀土元素的特殊性质，决定了稀土的用途。
钢铁工业中应用的主要是稀土硅铁合金(含轻稀土混合金属20％-45％)，稀土硅铁镁合金(稀土金属6％-25％，镁7％-12％)，重稀土硅铁合金(含钇类混合稀土60％以上)。
混合稀土金属(含轻稀土95％以上)，富铈或镧的稀土硅铁合金(Ce占70％或La占50％以上)。
其中炼钢生产中最常用的有两种，一是稀土合金，块状稀土硅铁合金，以前用于大包投入，大包压入，粉状一般用于大包内喷粉、模铸中注管喷粉等方法加入钢中；二是混合稀土金属，制成丝(φmm-φmm)或棒(≥φmm)，丝用于钢包、中注管或连铸结晶器，使用喂丝机喂入钢中，棒采用模内吊挂的方法熔入钢中。
稀土金属包芯线作为线性添加材料的新品种，由于喂丝技术在炼钢生产中的广泛应用，必将得到进一步的发展。
1 稀土在钢中的作用机理1.1 微合金化作用1.1.1 合金化作用稀土加入钢中主要起脱氧、脱硫和变质夹杂的作用，反应产物主要是稀土夹杂物。
随着稀土加入量的增加，完成脱氧、脱硫和变质夹杂作用后富裕的稀土会固溶在钢中，其固溶量可达到10-5～10-4数量级，这部分稀土将起到合金化的作用。
稀土微合金化有净化晶界和固溶强化的作用，同时可改善铸态组织、缩短柱状晶、减轻枝晶偏析。
稀土使铁素体量增大，带状组织改善，细化晶粒、抑制高温晶粒长大及晶界腐蚀。
稀土与碳、氮、氢及铌、钒、钛等微合金元素有交互作用，影响钢的相变点及组织，抑制钢的氢脆，促进铌、钒、钛沉淀相在铁素体中细化、弥散析出，细化晶粒，增大沉淀强化效果。
介绍稀土在铝合金中的应用
稀土是冶金工业中的有效添加剂, 稀土金属具有很高的化学活性、低电位和特殊的电子壳层结构, 几乎能与所有元素反应发生作用。
我国稀土资源十分丰富, 品种齐全, 质量好, 分布广,开采方便。
已探明的稀土, 储量为37000 万t ,占世界储量的80 % , 居世界第一位。
近年来,稀土在冶金、机械、石油化工、电子、原子能、医疗、农业、航空和国防工业等领域已得到了广泛的应用。
稀土在铝及其合金中的应用起步较晚, 国外始于20 世纪30 年代,而我国始于上世60 年代, 但发展很快, 尤其是在铝及其合金中的作用和应用研究已经取得了明显的效果。
这主要集中在铝硅系铸造合金、铝镁硅(锌) 系变形铝合金、铝合金导线及活塞合金等方面。
在稀土对铝及其合金的影响规律和作用机理研究方面也取得了一些进展。
一、稀土在铝及其合金中的作用稀土元素非常活泼, 极易与气体(如氢) 、非金属(如硫) 及金属作用生成相应的稳定化合物。
稀土元素的原子半径小于常见的金属, 如铅、镁等, 在这些金属中的固溶度极低, 几乎不能形成固溶体。
稀土元素加入到铝合金中可起到微合金化的作用; 此外,它与氢等气体和许多非金属有较强的亲和力, 能生成熔点高的化合物, 故它有一定的除氢、精炼、净化作用; 同时, 稀土元素化学活性极强, 它可以在已形成的晶粒界面上选择性地吸附, 阻碍晶粒的生长, 结果导致晶粒细化, 有变质的作用。
1、变质作用变质处理是指在金属及合金中加入少量或微量的变质剂, 用以改变合金的结晶条件, 使其组织和性能得到改善的过程。
变质剂又称晶粒细化剂或孕育剂。
通常情况下,稀土原子半径。
又由于稀土元素比较活泼, 它熔于铝液中极易填补合金相的表面缺陷, 从而降低新旧两相界面上的表面张力, 使得晶核生长速度增大。
同时它还能在晶粒与合金液之间形成表面活性膜, 阻止生成的晶粒长大, 使合金的组织细化。
此外, 作为外来的结晶晶核, 铝与稀土形成的化合物在金属结晶时, 因晶核数的大量增加而使合金的组织细化。
合金元素在钢中的作用
合金元素在钢中的作用钢中的元素分常存和添加两种。
在实际生产和使用的钢中总是有少量非有意加入的各种元素，如硅、锤、磷、硫、氧、氮、氢等，这些元素称为常存或残余元素。
其中，硅、锺是脱氧后残留下来的；磷、硫主要是原材料带来的；而氧、氮、氢部分是原材料带来，其余部分是在冶炼过程中从空气中吸收的。
为了改善和提高钢的某些性能，或获得某些特殊性能而有意在冶炼过程中加入的元素称为合金元素。
常用的合金元素有铭(Cr）、镇（Ni ）、铝（Mo ）、鸽（W）、饥（V）、铁（Ti）、银（Nb ）、错（Zr）、钻（Co）、硅（Si）、锤（Mn）、铝（Al）、铜（Cu）、棚（B）、稀土(Re）等。
磷（P）、硫（S）、氮（N）等在某些情况下也起到合金元素的作用。
合金元素在钢中与铁和碳这两个基本组元的相互作用，以及它们彼此之间的相互作用，影响钢中各组成相、组织和结构，促使其发生有利的变化，可提高和改善钢的综合力学性能；能显著提高和改善钢的工艺性能，如洋透性、回火稳定性、切削加工性等；还可使钢获得一些特殊的物理化学性能，如耐热、不锈、耐腐蚀等。
这些性能的改善和获得，一部分是加入合金元素的直接影响，而大部分则是通过合金元素对钢的相变过程影响所引起的。
合金元素所起的作用，与其本身的原子结构、原子大小和晶体结构特征等有关。
人们对合金元素在钢中所起作用的认识是经过长期实践、不断探索而发展起来的，因此，还需不断地研究、探索、发展。
总的说来，合金元素在退火状态下起着强化铁素体的作用，从而提高退火状态下钢的强度。
它们对铁素体强化的程度由强到弱排列为P、Si、Ti、Mn,Al、Cu,Ni、W、Mo、V、Co、Cro除镇外，它们都使伸长率和冲击值下降，而镇一方面显著提高强度，另一方面却始终使塑性和韧性保持高水平。
除C o、Al外的大多数合金元素在洋火回火状态下均能提高钢的洋透性。
添加了合金元素的合金钢在硬度、强度（σb,a.),塑性指标（σ%，ψ%）等性能方面均高于碳钢，冲击韧性αk也较高。
高洁净钢中稀土和共存残余元素的作用
稀土在钢中的应用
• 从50年代至今，已发表了许多脱氧、脱硫 的平衡数据； • 稀土净化钢液和变质钢中非金属夹杂的作 用已经完全肯定； • 对稀土元素在钢中的微合金化作用，国内 外有不同的看法，许多研究结果证明，稀 土元素在钢中的固溶量在ppm数量级范围内。
稀土在钢中的应用
* 国内稀土微合金化研究 • 稀土在超低硫钢中固溶量可达 10-5 和10-4 数量级 • 有净化晶界减少S和P偏聚的作用和强化 作用 • 可改善铸态组织，缩短柱状晶、减轻枝晶 偏析 • 能减少珠光体量、改善带状组织、细化晶 粒
化学变性法
钙控制残余元素 碳化钙加入不当会造成钙大量流失 CaC2的分解造成钢中碳含量增加 钙处理后的渣中含有磷化物、锡化物和砷 化物，需要作特殊处理 最后是用CaC2的成本问题
• • • •
减轻或消除残余元素影响方法 稀土金属控制残余元素 稀土金属被称为钢中的“青霉素”， 它不仅与氧、硫有极强的亲合力， 还可以与几乎所有的残余元素作用 形成高熔点化合物
钢中稀土与残余元素作用计算
热力学计算： 用 Miedema 二元生成热模型计算化合物 的生成热 用晶体离子熵公式计算熵变 用绝对熵法估算化合物标准生成自由能 △G= △H-T △S
Fig. 1 Comparison of stability for various lanthanides in steel 1—La2O3; 2—La2O2S; 3—LaS; 4—La2S3; 5—LaSb; 6—LaP; 7— La2Sn; 8—LaAs
残余元素含量不高，但多在晶界和表 面富集，因而对钢的加工性能和使用 性能的危害极大，主要包括： 1 增加钢的热脆倾向，恶化铸坯、钢材 的热加工性 2 造成低合金钢的回火脆性和低温脆性 3 严重降低耐热钢的持久寿命和持腐蚀 5 特别是一些冶金新技术、新工艺的 出现，如薄板坯连铸，薄带连铸等， 对钢中残余元素的允许含量提出更 高的要求。
稀土元素在钢中加入方法的对比分析
２ Ｏ ． １ Ｂ ７ ２
２ ０ － ２ Ｂ ７ ６
ｌ ９ ． １ Ｂ ８ ６
２ １ ． ８ Ｂ８ ８
的形成倾 向就高。虽然其熔点较
高 ，能 避 免 热脆 的 产 生 ，但 Ｍｎ Ｓ
在加 工变 形 时 能 沿 着加 工方 向延
Ｂ ５ ５
利用率（ ％） ９ ０ ． １
稀 土 加 入 方 法 有 许 多 ， 目前 主要有两种 ，散料加入和 喂丝法 。 稀 土 按 一 定 速 度喂 入 钢 包 ，
由表 中数据可见 ，稀土喂 丝
处理 要远 优 良于块 状 加 入 。
４ ． 结语
众所 周知 ，传统 的稀土处理 比
１ ． 稀 土在钢 中的作用
稀 土 处 理 可 以 脱 氧 、脱 硫 、 微 合 金化 ，也 能 改 变 稀土 夹 杂 物 的 变形 能 力 。尤 其 是 在一 定程 度
Ｍ 蜘ｌ 熔 炼
稀土元素在钢中加入方法的 对比分析
一 袁 志亮 ，王 拓 ，陈立杰 ，郝松涛
稀土元素 （ Ｒ Ｅ ）包括 ｌ ７ 个元 素 ，其性 质都很类似 ，熔 点低 ， 密度大 ，与氧、硫 、氮等元素有
很 好 的 亲 和 力 。稀 土 是 非 常 有用 稀土 在 钢 中 的 作 用 主 要 有 净 化 、变 质及 合 金化 。随 着 氧 硫 含
较粗犷 ，并由于其加入到渣中后 ，
大部分 稀土在渣 中无谓的烧 损 ，参
与 了渣 的 反应 ，只有 少 数 稀 土 真
正地起 到作用 ， 所 以其利用 率非常 低 。因此取而代之 的喂丝操 作极大 地 改 善 和 促 进 了 稀土 在 钢 中的 作 用 ，能把稀土深 度送入钢液 ，使其 完 全熔入钢 中进 行反应 ，方法十分
钢中残余元素
钢中残余元素1．何谓钢中残余元素钢中的残余元素问题是当代冶金工业面临的重要问题之一。
在炼钢过程中通常炼钢原料(包括铁水、废钢及铁合金等)可能将大量的杂质元素带入炼钢炉中。
在钢铁冶炼过程中，一部分杂质元素可以去除，但仍有一部分将最终残留在钢中，本文将这一部分杂质(非有意添加的合金元素)统称为残余元素。
这些残余元素的存在是钢材质量产生不稳定的主要因素之一。
在这些残余元素中，某些残余元素由于易于偏析，即使其含量很低，也对钢材性能产生很强的有害影响。
因此正确认识钢铁产品中残余元素问题，建立清洁钢的概念及其工艺控制是保证现代钢铁工业生产优质钢材的重要前提。
2 .钢中残余元素的来源我国是一个共生铁矿较多的国家，这些共生矿床在矿石总生产量中占有相当比例，包括钒、钛、稀土、磷、砷、锡、锑等除了原生铁矿带入铁水中的残余元素以外，钢水中的残余元素最大来源是废钢，其中又细分为：(1)废钢中的合金钢，目前炼钢厂废钢分选工序中尚无满意的技术，将合金钢与普碳钢有效地分选，在一些中、高合金钢中添加大量各种合金元素，在钢的再循环中，这些合金元素将作为残余元素进入钢中；(2)废钢中的表面涂层或镀层，其中产生问题最多的是镀锡板，它是作为罐头盒进入废钢循环的，其他的镀层包括铜、镍和铬等；尽管镀锌板有大量应用，但锌在炼钢中可完全除去，而不进入钢水，因此一般不予考虑；(3)钢中裹杂的一些有色金属，最重要的有汽车废钢，其中夹杂一些微型电机，主要杂质为铜。
并非所有进入钢水中的杂质都能进入最终钢铁产品，其中一部分在炼钢过程中可以全部除去。
但如果在铁合金中含有这些残余元素，在钢水精炼中，无法将它们除去，必将严重地影响产品的性能。
如轴承钢中的残余钛就是一个典型的事例。
将已知的一部分钢中残余元素按其氧化势分为三类(表1)，它们在炼钢过程中分别表现为完全保留、部分保留和完全除去。
表1中第一类元素的氧化势低于铁，即在炼钢时的氧化反应将不涉及这些元素，结果这些残余元素将全部积存在最终的钢铁产品中。
钢中稀土铈与砷相互作用研究
钢中稀土铈与砷相互作用研究稀土铈和砷都是常见的金属元素，它们在工业生产和生活中有着广泛的应用。
稀土铈广泛应用于新能源、环保、医药等领域，而砷则主要用于木材防腐、电子器件制造等领域。
这两种元素之间的相互作用一直是研究的热点之一。
本文以“钢中稀土铈与砷相互作用研究”为主题，探讨一下它们之间的关系。
钢中稀土铈的来源可以是添加剂或钢铁生产原料中的稀土铈。
稀土铈与砷在钢中的相互作用是由于它们在钢铁生产过程中存在，导致产生了它们之间的化学反应。
通常情况下，铈和砷在钢中的含量均非常低，但它们对钢铁性能的影响却非常显著。
据研究发现，稀土铈与砷在钢中的相互作用主要有以下几种表现形式：1. 稀土铈对砷的脱除作用铈可以将砷析出到钢铁表面上形成脆性铁砷化合物，并降低了钢的韧性和强度。
因此，在钢铁生产中，需要通过添加稀土铈来降低砷的含量，防止砷对钢的影响。
2. 稀土铈与砷的共存作用当稀土铈和砷同时存在于钢中时，它们之间会发生相互作用，并形成新的相互作用产物。
这种相互作用产物的稳定性和结构与钢铁的生产过程有关，如温度、压力、成分等因素。
3. 稀土铈与砷的竞争作用稀土铈和砷在钢中的含量很低，但它们与其他金属元素之间也存在着竞争关系。
例如，当钢中含有高浓度的铝或钛时，稀土铈和砷之间的相互作用受到阻碍，这就需要选择适当的添加方式和配比来平衡不同金属元素之间的竞争关系。
总之，稀土铈与砷在钢中的相互作用是一个非常复杂的问题。
虽然它们之间的相互作用形式和产品稳定性并不完全可控，但通过精确的测量和分析，科学家们可以揭示它们之间的物理化学机制，并为钢铁生产提供指导意见，实现优化生产和提高产品质量的目标。
在钢中稀土铈与砷相互作用研究的过程中，数据的分析至关重要。
通过对钢中稀土铈和砷的含量以及它们之间的关系进行数据分析，可以更好地理解它们的相互作用。
以下是一些相关数据和分析。
首先，我们需要知道稀土铈和砷在钢中的含量。
根据研究数据，钢中稀土铈的含量通常在0.01-0.05wt%之间，而钢中砷的含量则要低得多，通常在0.0005-0.001wt%之间。
钢材中的合金元素含量对其性能的影响
钢材中的合金元素含量对其性能的影响钢材中的合金与杂质含量对其性能的影响一、对钢材一般性能的影响1、碳（C）：钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性降低，当碳量0.23%超过时，钢的焊接性能变坏，因此用于焊接的低合金结构钢，含碳量一般不超过0.20%。
碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力，在露天料场的高碳钢就易锈蚀；此外，碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。
2、硅（Si）：在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，所以镇静钢含有0.15－0.30%的硅。
如果钢中含硅量超过0.50-0.60%,硅就算合金元素。
硅能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度，故广泛用于作弹簧钢。
在调质结构钢中加入1.0－1.2%的硅，强度可提高15－20%。
硅和钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，可制造耐热钢。
含硅1－4%的低碳钢，具有极高的导磁率，用于电器工业做矽钢片。
硅量增加，会降低钢的焊接性能。
优点：(1)提高钢中固溶体的强度和冷加工硬化程度使钢的韧性和塑性降低。
(2) 硅能显著地提高钢的弹性极限、屈服极限和屈强比,这是一般弹簧钢。
(3)耐腐蚀性。
硅的质量分数为15%- 20%的高硅铸铁，是很好的耐酸材料。
含有硅的钢在氧化气氛中加热时，表面也将形成一层SiO2 薄膜，从而提高钢在高温时的抗氧化性。
缺点：使钢的焊接性能恶化。
3、锰（Mn）：在炼钢过程中，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，一般钢中含锰0.30－0.50%。
在碳素钢中加入0.70%以上时就算“锰钢”，较一般钢量的钢不但有足够的韧性，且有较高的强度和硬度，提高钢的淬性，改善钢的热加工性能，如16Mn钢比A3屈服点高40%。
含锰11－14%的钢有极高的耐磨性，用于挖土机铲斗，球磨机衬板等。
锰量增高，减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能。
优点：（1）锰提高钢的淬透性。
（2）锰对提高低碳和中碳珠光体钢的强度有显著的作用。
（3）锰对钢的高温瞬时强度有所提高。
缺点：①含锰较高时，有较明显的回火脆性现象；②锰有促进晶粒长大的作用，因此锰钢对过热较敏感，在热处理工艺上必须注意。
底吹转炉钢中稀土元素的控制与应用方法
底吹转炉钢中稀土元素的控制与应用方法底吹转炉炼钢是一种常用的钢铁生产方法，它通过将氧气从炉底吹入炉中，使炉内矿石和焦炭燃烧，产生高温高速气流，从而提高钢水的温度和搅拌效果。
在底吹转炉炼钢过程中，可以通过添加稀土元素来改善钢水的各项性能，本文将探讨底吹转炉钢中稀土元素的控制与应用方法。
首先，稀土元素在底吹转炉钢中具有多种作用。
首先，稀土元素可以有效地改善钢水的浸渗性能。
在转炉炼钢过程中，稀土元素与氧化物反应生成稀土氧化物，在高温下可以和硅和氧迅速反应生成易挥发的钙硅酸盐，从而减少了硅的浸入深度，提高了钢水的浸渗性能。
此外，稀土元素还可以减少钙硅酸盐的析出，防止其在钢水中凝结，从而提高了钢的均匀性和纯度。
其次，稀土元素还可以改善钢水的氧化性能。
在底吹过程中，底吹氧气会与炉料中的铁、硅等元素发生反应，形成氧化物。
这些氧化物会给钢水带来一定的氧化损失，降低钢水的纯度和质量。
稀土元素的加入可以在钢水中形成稀土氧化物膜，有效地抑制氧的进一步氧化反应，降低氧化损失，提高了钢水的纯度。
此外，稀土元素还可以与硫化物反应，将硫元素转化为易挥发的稀土硫化物，减少钢水中的硫含量，提高钢的质量。
稀土元素在底吹转炉钢中的应用方法包括添加量控制和加入方式。
首先，添加量的控制非常重要。
稀土元素的添加量应根据具体的钢水要求和工艺条件进行科学合理的控制。
一般来说，添加量应在0.01%-0.1%之间，具体的添加量可以根据生产实际进行调整。
过量的添加会增加成本，并可能对钢水的品质产生负面影响。
其次，稀土元素的加入方式也需要注意。
通常情况下，稀土元素可以通过在转炉炉底或吹氧管中喷吹稀土氧化物的方式加入。
也可以将稀土合金等形式加入。
加入方式的选择应根据具体设备和生产工艺来确定。
在底吹转炉钢中，稀土元素控制与应用方法的优点包括提高钢的浸透性、改善钢的均匀性和纯度、减少氧化损失和硫含量等。
然而，稀土元素的应用也存在一些挑战和限制。
首先，稀土元素的添加会增加生产成本，因为稀土元素的价格较高。
炼钢中稀土处理顺序
炼钢中稀土处理顺序
炼钢中的稀土处理是一种重要的冶金工艺，其中处理的顺序对于稀土元素的利用率和产品质量有着决定性的影响。
首先，炼钢中的稀土元素可以通过加入稀土氧化物或熔铸稀土合金的方式进行处理。
在加入稀土氧化物时，应先将其充分分散在炉子中，以充分发挥其稀土元素的作用，然后再加入其他的冶金剂。
其次，稀土元素的添加顺序也非常关键。
通常情况下，炼钢中的稀土处理顺序应该是先加入铝、硅等活性元素，再加入钢中既有的杂质元素，最后再加入稀土元素。
这样可以避免稀土元素被其他杂质元素所吸附，从而提高稀土元素的利用率和产品质量。
最后，稀土元素的含量也应严格控制。
稀土元素的含量过高会使钢的韧性下降，而含量过低则会影响稀土元素的作用效果。
因此，应在合适的范围内控制稀土元素的含量，在保证产品质量的同时提高稀土元素的利用率。
总之，炼钢中的稀土处理顺序对于稀土元素的利用率和产品质量有着决定性的影响，应该在实践中加以重视和优化。
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稀土元素对高铝钢夹杂物的影响
稀土元素对高铝钢夹杂物的影响
任万青，徐掌印*
（内蒙古科技大学，内蒙古 包头 014000）
摘 要 ：高铝钢中铝含量比较高，由于铝有很高的亲和力，主要用于钢中脱氧，使钢中产生 Al2O3 夹杂，对钢的质量产生不利影 响。分析研究了 CaO 处理 Al2O3 非金属夹杂技术。在一定理论基础上，可采用向钢中添加稀土元素可有效去除钢中夹杂物。通过 分析钢中添加稀土和不添加稀土夹杂物尺寸、形貌变化。对夹杂物进行比较之后可得，钢中添加适量稀土可以提高钢的性能。
高的，在加热的过程中，铝固溶于 α-Fe 后，含铝结构单元 α-Fe-Al 最强键的键强 nA 和键能 EA 都高于 α-Fe 的结构单元的 n A、EA 值 ( 增大 25%)，从而强化 α-Fe，并使 A3 )，从而降低了过冷奥氏 体的稳定性，提高了 Ms 点，减少淬火钢中残余奥氏体的含量。马 氏体、奥氏体中的铝削弱了 C 原子与 Fe 等金属原子间的键合力， 提高了碳的活度，其结果有助于高速钢中碳化物的弥散析出 [3]。
（2）铝对钢材韧性的改善及性能影响。近年来在汽车领域对 轻质钢需求量日益提高，需要较高的强度。这对钢材要求具有较 好的塑性和强度配合。铝具有改变钢材韧性的特性，这一特性对 钢材影响比较重要。当含钢材进行轧制时，且轧制温度区域恰好 在奥氏体温度区域，轧制过程中材料会产生动态再结晶，重新排 列晶粒顺序，改变晶体结构，对钢材铸态组织由内而外产生了变 化 [4]。研究发现进入适当的铝 , 发现钢材的性能发生改变，相对 加入其它元素综合性能更加优异。对加入铝元素的钢在奥氏体温 度区域进行轧制得到了细小的晶粒，为后续的研究提供了组织基 础，使钢的塑性和强度得到提高。
收稿日期 ：2021-02 作者简介 ：任万青，生于 1992 年，男，山东人，硕士研究生，研究方向 ：原味合 成 T i C—TiB2 金属陶瓷材料抗氟盐腐蚀的研究。 通讯作者 ：徐掌印，生于 1971 年，内蒙古人，博士，副教授，研究方向 ：原味合 成 T i C—TiB2 金属陶瓷材料抗氟盐腐蚀的研究。
高洁净特殊钢中铝稀土夹杂物形成机理
16
谢谢各位！
17
1.083 3.771 3.528 7.853
4
化学分析结果(%)
炉号 T[O] Si
Mn
Al
N
RE
1 0.0014 0.20 0.40 0.024 0.0041 0.00080
RE收得率(%) 8
RE/T[O] 0.58
2 0.0010 0.38 0.40 1.14 0.0026 0.0020
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高洁净特殊钢中 铝酸稀土夹杂物形成机理
报告人：杨晓红(北京科技大学)
1
研究背景和意义
• 轴承钢中氧含量的高低严重影响轴承钢的疲劳寿命， T[O]越高,疲劳寿命越低。为了降低钢中氧含量，在实 际氧生化产物中夹常杂用，铝 这脱种氧硬，脆在性铝夹镇杂静严钢重中影，响轴Al2承O钢3是的主疲要劳的 寿命，如何进一步提高钢的使用性能，把残留在钢中 的工A作l2者O所3转关变注为的硬研度究较。低日，本塑相性关较专好利的文夹献杂已成有为了了稀冶土金 使的A冶l2金O工3变艺质还形未成见硬到度报较道低。REAlO3的报道，而其相关
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结论
• 稀土在洁净轴承钢中能变质氧化铝夹杂生成铝酸稀土， 能否生成与钢中RE/T[O]比值密切相关，RE/T[O] 过高 或过低均不能生成REAlO3.
• RE含量很低时，钢中的夹杂物仍为氧化铝和硫化物， RE含量高时，钢中的夹杂物主要是铝酸稀土和稀土硫 氧化物。
• 热力学计算表明稀土变质氧化铝生成稀土铝酸盐的原 理是：
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• [Ce] + Al2O3(s) = CeAlO3(S) + [Al] (4)
GCr15钢中稀土与残余元素作用的热力学分析和实验研究
中国稀土学报２４卷
（ａ）Ｌａ２０２Ｓ夹杂形貌（ｂ）夹杂物中Ａ点能谱
图１试样２（ＲＥ，＝０．０２５％）中的Ｌａ２０２Ｓ夹杂
（ａ）Ｌａ～０３夹杂形貌（ｂ）夹杂物能谱
图２试样２（ＲＥ＿，－－－０．０２５％）中的ｋ姨１０３夹杂
（ａ）ｌ＿ａＳ夹杂形貌（ｂ）夹杂物中Ａ点能谱图
图３试样２（ＲＥ－－０．０２５％）中的ＬａＳ夹杂
（ａ）Ｌａ－Ｓｂ－Ｏ夹杂物形貌（ｂ）夹杂物能谱
图４试样３（ＲＥ＝－－０．０５６％）中Ｌａ．Ｓｂ－Ｏ夹杂物
专辑赵亚斌等ＧＣｒｌ５钢中稀土与残余元素作用的热力学分析和实验研究６６
同样，在试样３中也发现了多种稀土夹杂物，对大量夹杂物进行形貌及能谱分析，其中大部分是Ｌａ－Ｓ—Ｏ、Ｌａ－Ａ１．Ｏ和Ｌａ－Ｓ类型的夹杂物，还有少量的Ｌａ—Ｓｂ．Ｏ和Ｌａ．Ｓｂ．Ｏ．Ｓ类型夹杂物，图４和图５是含锑夹杂物的扫描电镜＋能谱观察结果：
（ａ）Ｌａ－Ｓｂ－Ｏ．Ｓ夹杂物形貌（ｂ）夹杂物能谱图５试样３（ＲＦ＿－－－０．０５６％）中Ｌａ－Ｓｂ－Ｏ夹杂物
在钢中没有发现单一的稀土与锑形成的化合物，通常是与氧、硫共生的复杂化合物。
在试样中没有发现镧和锡的化合物，从本章热力学计算结果来看，在熔炼温度（ｔ＞１４６０。
Ｃ）时，稀土也不会与钢中的锡反应，此结果与实验观察结果一致。
为了进一步研究该夹杂的组成结构，对该类夹杂物进行了线扫描分析，结果见图６。
图６含锑夹杂物线扫描分析图
从图６可以看出，该夹杂物中的Ｌａ、ｓｂ、ｏ、Ｓ并不是均匀分布的，该夹杂物的左边，主要富集Ｌａ和Ｓ，而右边，大量富集了Ｌａ和Ｓｂ。
对多块含锑的夹杂物进行分析，得出相同的结论：该类稀土夹杂物是高熔点氧、硫化物与残
余元素共生的夹杂物。
其形核过程如下：稀土夹。
钢铁中金属元素的溶解方法和作用
存在形式
溶解方法
实例
作用
Mo
除以固溶体存在，主要形成碳化物（Mo2C、MoC、(Fe Mo)3C、(FeMo)6C），还有氮化物(MoN)及硼化物等
钼钢能溶于稀硫酸和盐酸中，低合金钢中钼主要以碳化物存在不溶于稀硫酸和盐酸，但溶于硝酸。
对稳定的钼碳化物加热至冒硫酸烟才能分解（有时尚需在冒烟时滴加浓硝酸）。
Cu
退火钢中主要以固溶体或极微细的金属夹杂物存在，铜大于0.8%以游离形态。
铜不溶于稀盐酸和稀硫酸，溶于硝酸或热的浓硫酸
比色分析时铜含量有色泽影响
铜含量在0.02%以下，是钢中有害杂质，降低机械性能，加热导致金属表面氧化。
Ti
除以固溶钛以外，还有化合物极其复杂，形成TiC、TiN、TiS、TiO、TiO2等。它们对酸的溶解性质有差异，因此测定方法有总钛、化合钛和金属钛区别（即酸溶钛和酸不溶钛的区别）。
N
主要以氮化物如Fe4N，Mn3N2，AlN，BN，TiN，VN，CrN等，只有极少数成为固溶体。
氮化物溶解需要用高氯酸或硫酸冒烟处理，或K2SO4-H2SO4湿法熔融。
使钢发脆并出现裂缝，降低耐腐蚀性，镍铬钢、铬锰钢中加入少量氮可代替相当部分镍。除此，根据需要还对钢表面渗氮处理，增加钢的硬度和耐磨性能，改善耐腐蚀性能。
铝不与浓硝酸和浓硫酸发生作用，在稀硝酸中反应缓慢，易溶于盐酸。铝的氧化物性质很稳定，但AlN很活泼，易溶于酸。即“酸溶铝”指金属铝和AlN，“酸不溶铝”指铝的氧化物。但铝的氧化物不是绝对不溶于酸。
在盐酸介质中，AlCl3过热易蒸发损失，铝与铁、铬、钛等元素常常伴随在一起，加之铝是两性元素，因此在分离和测定铝时，较复杂。
脱氧剂，去气剂。作为合金元素可提高钢的抗氧化性，改善钢的电磁性，在渗氮钢中促使形成坚硬耐磨、耐腐蚀的渗氮层。