稀土对高Nb钢奥氏体晶粒长大行为影响
稀土金属的特性及其在钢铁中的作用
稀土金属的特性及其在钢铁中的作用殷都学刊f,稀三,午问.衔破lI(自然斟学版)1993年第3期].I 6一稀土金属的特性及其在钢铁中的作用田沂ji『稀土金属(Re)的研究日益深入,稀土工业在迅速发展.我们应当对稀土的性质和在钢铁中的作用有较多的认识.1稀土金属的特性稀土金属指钪,钇和1;个镧系元素.它们的原子结构有两个明显的特征:一是稀土原子的价电子基本构型同为(n,1)dns.,有三个价电子.二是由于镧系收缩形成的稀土原子相互间的原子半径,离子半径相差不大.这两个因素决定了稀土金属之间性质十分相似,化学活性很强.稀土金属单质多显银白色或灰色,有金属光泽,辩和钕显淡黄色.钪的比重为3.】,钇的比重为4.3.其余介于6—9之间.镧和铈柔软可塑与锡相似.钕和钐的硬度和铁相似,稀土金属的熔点大致随着原子尺寸的减小而顿序增高.按La到cd到Lu的顺序由9000到1700?逐渐增加.稀土的化学活性很大,与许多元素反应,尤其与氧,硫反应最为强烈稀土金属在化合物中多为三价,有些元素表现出三价或四价稀土元素以氧化物的形式存在于自然界,因彼此性质相似成为分离稀土的难题.从化合物中分离稀土的方法一般有分步结晶法,分级沉淀法,氧化还原法及离子交换法.有时根据性质和用途把稀土金属分为两个系列;一个是从La到Eu,一个是从Gd到Lu.短系列开始的元素表现出较高化合价,短系列未端表现出低出化合价.这正符合4f亚层上电子排布1—7成半充满状态,另一为8一】4到全充满状态.半充满或全充满的状态表现出较稳定的低价性质.还依比重数值称作轻稀土金属和重稀土金属.这均显示结构决定着性质的原则.2稀土在钢铁中的作用稀土在钢铁中应用很广,在稀土处理钢的品种方面已纳入标准,通过鉴正的品种达40多个,我国经常生产的已有2O多种.稀士处理的铸铁有球铁,蠕铁及灰铁三大类.我国还发展了一些中国特色的用作球化剂,蠕化剂及孕育剂的稀土添加剂.稀土的应用是其特殊结构及性质的体现,较多的核电荷,较小的半径,较少的价电子决定稀土的活性比一般金属强,和Ca相似.其强烈的还原性在钢冶炼中作为脱氧剂,脱硫剂许多实验还证明,钢中加稀土后.氧含量明显降低.其脱硫性:有人算出铈脱硫平衡常数1600?下为10I3--10稀土与氢的强烈作用能提高氢在钢中的溶解度,经过充分去氢的稀土加入钢后,产生”固氢”作用,可以抑制钢中氢引起的脆性和”白点”.稀土在较低的温度下与氨的亲合力比液态钢中大得多,可以改善与氨有关的性质,如使钢的奥氏体晶粒长大倾向减弱,降低高氮钢的脆性转变温度使珠完体中的渗碳体变薄,变短,且发生弯曲,甚至发生断裂,成为不连续的短棒状渗碳体.稀土金属的强烈活性可以消除钢中的有害杂质,一定量的稀土和钢中磷,砷,锑,铅等低溶点杂质交互作用,一方面形成溶点较高的化台物,另一方面抑制这些杂质在晶界上的偏析.在低碳钢中当暑?6.7时,即出现稀土脱砷产物.在低氧硫纯铁中加入少量稀土足以与锑反应并使富集在晶界的锑转移到晶内,减少锑在—Fe晶界上的偏聚稀土在钢中能改变原来杂物的形状和分布.如在一定的氧,硫含量下加入适量的稀土,可得到分散的球状夹杂物,超过适宜量则出现聚集的稀土夹杂物.总体上讲钢中加入稀土使夹杂物含量减少.虽然稀土原子半径较铁为大,但从内耗测定和稀土对钢某些性能的影响来看,稀土在钢中是可能互溶的.稀土在钢中的固溶作用与微台金化作用引起晶界结构,化学成份和能量的变化,甚至影响其它元素的扩散及新相的成核与长大.铜中稀土含量因不同钢种,不同的冶炼方法和不同的加稀土方法有很大差异.钢中氧,硫含量低会使稀土含量增大.钢中铝含量增加,稀土含量也增大.随着加入稀土总量的增加,稀土的固溶量也增大.稀土在钢中的分布是不均匀的,多偏聚于晶界,因为晶界上有一些原子较疏松的区域.这些偏聚和与其它元素的交互作用对钢的组织和性能产生明显的影响.稀土对钢的宏观组织,微观组织,晶粒度的影响有过许多研究和报道,例如,稀土使不锈钢钢锭的宏观组织致密,表面质量改善,使15CrMov钢枝状晶显着减少,晶轴变短.稀土在碳素钢中有细化晶粒的效果.对钢的组织和性能的影响作用主要有:能降低钢的液相线和固相线,使液钢的流动性增大.改变铸态组织,使钢的晶粒细化,夹杂物的分布和状态得到改善,提高铸件致密性,增强塑性.在不锈钢,高速钢等高台金钢中稀土可以明显改善钢的热塑性,扩大可塑温度范围.这是因为稀土减少了晶界上硫的偏析,及其与晶界上低熔点有害杂质的作用.同样的道理,稀土也能减弱高碳工具钢淬火开裂倾向.通过稀土强化晶界可改善耐热钢及高温台金的热强性.提高钢轨,轴承钢及某些铸铁的耐磨性.提高疲劳性能,改善焊接性能等稀土的抗腐蚀作用有许多报道.钢中含铈量大于0.015时在盐酸和硫酸中的腐蚀行为有了显着改善.含铈0.056的钢改善了抗点腐蚀能力和在4o氯化钙溶液中的抗应力腐蚀性能.对低硫钢的抗H.S腐蚀作用稀土表现尤为突出;含硫0.005的16Mn钢对H.s介质的腐蚀破裂和诱发裂纹仍很敏感,加入适量稀土后明显提高了抗Hs腐蚀破坏能力.在低硫钢中加入稀土,钢的韧性及疲劳性能仍有改善.在低硫16Mn钢的研究中发现,稀土比钙在控制夹杂物形态和彻底消除MnS夹杂物方面更为有效.(下转51页)一:工I口f图8I薯一三Ogl\一,图9(上接第7页)稀土抗腐蚀性能的原因可能是稀土的加入降低了钢中非金属夹杂物的含量,减少了腐蚀的基础条件.再者稀土的电极电位较高,在腐蚀过程中伴随放氢反应时在钢的阳极出现强烈极化而降低了腐蚀速度.稀土的抗高温氧化作用也可用此原因解释.对于不锈钢中稀土的抗腐蚀作用,也有的解释为稀土通过捕获合金中的硫,防止了稀土,Ni 的硫化,改善了Ni,合金的热腐蚀抗力稀土在钢铁中的作用还处于研究实验阶段,有待在工业生产中大面积推广.不同的实验条件可能得出不同的结论,作出不同的解释.总之,稀土金属原子结构的特殊性决定它们具有与一般金属不同的性质.钢铁中运用不同的方法和形式加入稀土或稀土化台物能够对钢铁的组织结构性能等产生不同程度的影响;微台金化作用,减少杂质的作用,”固氢作用,硬化作用以及在组织性能方面改善铸态组织,抑制品粒长大,改善热塑性,抑制脆性,提高强性耐磨性和抗氧化抗腐蚀性作用等.进一步认识和研究稀土金属的结构,性质及反应机理,认识规律,探孵原因,必能开拓出更广阔的应用前景.。
稀土对钢中夹杂物的影响
稀土对钢中夹杂物的影响钢在冶炼、浇注中不可避免的会形成夹杂，钢中的夹杂物对材料性能的影响主要取决于夹杂物的形状、尺寸、类型、分布、数量以及与钢基体的结合方式等。
夹杂物在钢中是以不同于基体金属的的额外相存在的，它能将完整的组织分割开，使钢中组织变得不均匀，影响材料最终的使用性能。
一方面它同基体的弹性模量不同，当外加应力作用时夹杂物相当于基体缺陷，在其周围容易形成应力集中；另一方面，夹杂物的热膨胀系数与基体材料有不同，因而两者在冷却时收缩程度会有差异，容易在钢中形成较多的缩孔，降低材料抗疲劳性能。
数量较多且分布混乱的夹杂物明显降低钢最终的使用性能，如韧性、塑性、焊接性和耐腐蚀性等，特别是沿晶界析出的夹杂和团簇状的Al₂O₃大夹杂对钢中组织和性能的破坏性更大。
材料中夹杂物的形成机理主要是夹杂物先以异质点为核心独立形核、长大，同时在长大过程中，由于各个质点、元素表面活性不同，会发生相互吸引、靠拢，最终合并长成大尺寸的夹杂物。
图 3.1 中所选照片为众多扫描照片之一，观察照片看到，A 试样中夹杂物形态主要以椭圆形和纺锤形存在，能谱仪的元素分析表明该夹杂物主要由S、O、Mn、Al 等元素组成，进一步推断试验钢基体中夹杂物的 MnS、Al₂O₃夹杂，此外可能还有含有 Ti 元素的夹杂物出现，推断可能以TiS、TiO 的混合夹杂物。
总之，照片中观察到的夹杂物并不是由单一的化合物组成，而是由MnS、Al₂O₃、TiS、TiO 组成的复合夹杂物。
研究显示，当钢中Mn 含量较高时，硫化物夹杂主要是以MnS(或MnS 和FeS）的形式存在。
并按其特征可以分为以下三种：第一种是在含氧量较高的情况下形成，这种MnS 夹杂在铸态中以球状分布，且加工塑性较低；第二种 MnS 夹杂沿晶界分布，在加工时容易沿着加工方向拉长；第三种MnS 夹杂主要形成在加有过量铝（脱氧剂）的钢中，此时 MnS 会呈现复杂形状分布，这种夹杂加工时塑性较好。
稀土对高碳高速钢组织和性能的影响
稀 土对 高碳 高 速钢 组 织 和 性 能 的影 响
蒋 志 强 ，冯 锡 兰 ，符 寒 光
（ ．郑 州 航 空 工 业 管 理 学 院 工 业 工 程 系 ，郑 州 ４ ０ １ ； ．西 安 交 通 大 学 机 械 工 程 学 院 ， 安 ７ ０ ４ ） １ ５０ ５ ２ 西 １０ ９
摘 要 ： 成 分 为 Ｆ －％ Ｖ ５ Ｗ－％ Ｍｏ ％ Ｃ．％ Ｎ －％ Ｃ －％ Ｃ的 高 碳 高 速 钢 中 添 加 稀 土 ， 究 了稀 土 对 高 碳 高 在 ｅ５ －％ ５ － ５ ｒ ３ ｂ２ ｏ２ 研 速 钢铸 态组 织 、 处 理 组 织 和力 学性 能 的 影 响 。结 果 显 示 ： 土 处 理 使 高 碳 高 速 钢 的 奥 氏体 晶 粒 和 共 晶 组 织 明 显 热 稀
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第 ２ ７卷 第 １ 期
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Ｖｏ ． ７， ．１ １ ２ Ｎｏ Ｆｅ ｕａ ｙ ２０ ｂｒ ｒ ０７
２０ ０ ７年 ２月
Ｊ ＵＲＮＡＬ ＯＦ ＡＥ Ｏ 源自ＲＯＮＡ Ｉ Ｌ ＭＡＴ ＲＩ Ｓ ＵＴ ＣＡ Ｅ ＡＬ
韧性大 幅度 提高 。采 用常 规铸 造 方法 制 造稀 土 高 碳
高速钢轧辊 ， 度高 ， 硬 韧性 好 ， 用 中不 易 出现裂 纹和 使
表 １ 高 碳 高速 钢 化 学 成 分／ ｔ ｗ％
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稀土对钢组织和性能的影响
稀上 净化俐液 的作 川减弱 ，但稀 一 ｔ － ｊ Ｃ 索的微合 金化作用 将得 到 迎ｌ 『 Ｊ Ｉ ｌ 仃效的发挥 ，利用 稀上对钢进行 改性处理 ， 刈提 铡材质 量 、开发俐铁材料新 品种受到 广泛关 沣。 稀上 的Ｊ 』 Ｉ ｌ 入， 『 式 和稀 ｊ ． 钢 中的作 用机理等研 究 作都
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稀 土对 钢 组 织 和 性 能 的影 响
文 ／于 雅 樵
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一
稀土元素在钢中的作用
稀土元素在钢中的作用一，概述一般所说的稀土元素，是指元素周期表中原子序数为57-71的镧系元素。
由于这些元素大都在矿石中共生的，而且化学性质也很相似，所以归为一类，在钢号中均用“R”表示。
稀土元素的外层电子结构相同，所以它们的化学性能极为相似，不易用一般的化学方法分离。
但其内层的电子结构不同，以致在物理性能方面引起一定的差异，而有其各自的特性。
稀土元素是很好的钢中脱硫去气剂；可用于清除其它如砷、锑、铋等有害杂质；可以改变钢中夹杂物的形状和分布情况，从而改善钢的质量。
稀土元素加入高合金的不锈耐热钢和电热合金中，可以改善钢和合金的铸态组织，从而改善其热加工性能并提高其使用寿命。
二，稀土元素对钢的组织及热处理的影响1.对组织的影响稀土元素在钢中的作用主要有两个方面，一是净化作用；一是合金化作用。
从后一作用出发，要想稳定稀土在钢中的效果，必须稳定稀土的钢中的实际含量。
研究表明，稀土在钢中有的呈夹杂物形态存在，有的分布在碳化物和固溶体中。
显然，这些不同的存在形态将对钢的性能产生不同的影响。
根据理论与实际分析，其中起有效合金化作用的为存在于碳化物及固溶体中的稀土。
如果保证在此两相中的稀土含量使之稳定和得到控制，就可以保证稀土的合金化效果。
根据试验结果，控制钢中稀土的合金化的有效部分的主要因素有以下几个方面：（1）脱氧制度的影响：采用强扩撒脱氧剂的试验用钢，固溶体中有稀土存在，而夹杂物中的稀土则比采用弱扩散脱氧剂时为低。
（2）钢中稀土总量的影响：当钢中稀土总量较高时，固溶体中大都有稀土存在，而稀土总量较低时，发现固溶体中稀土含量极为微少。
（3）钢液温度的影响：随着稀土加入温度的升高，夹杂物中的稀土（占三相稀土总量的）百分比随之增加，而碳化物中的稀土百分比则随之降低；反之，在温度较低的情况下，碳化物中的稀土百分比则明显地增加。
稀土对钢晶粒度的影响，由于钢的化学成分和工艺的不同以及加入稀土的种类等不同而有较大的差别。
稀土对高锰钢组织性能的影响
不同稀土加入量对高锰钢组织及力学性能的影响霍文霞, 任慧平*, 金自力,计云萍（内蒙古科技大学材料冶金学院，内蒙古包头 014010）摘要：针对不同稀土硅铁加入量的高锰铸钢，采用电子式万能试验机拉伸性能测试，蔡司（ZEISS）金相显微镜进行金相显微组织观察， SEM（scanning electron microscope）及其配备的EDS（Energy Disperse Spectroscopy）进行组织形貌与能谱分析。
结果表明：稀土加入高锰钢中，能够细化晶粒，改变碳化物的形态与分布，使碳化物呈颗粒状弥散分布，有效改善高锰钢的强度与塑韧性等综合力学性能。
关键字：高锰钢；稀土；夹杂物；碳化物；强度中图分类号：TG142.72文献标识码：AEffect of Microstructure and Mechanical Properties of HighManganese Steel containing Different Content Rare EarthHUO Wen-xia, REN Hui-ping*, JIN Zi-li，JI Yun-ping(Inner Mongolia university of science and technology, Baotou 014010)Abstract：study on microstructure，tensile mechanical properties and the fracture morphology of high manganese steel with different content rare earth ferro silicon．By The tensile testing, metallographic observation, SEM (scanning electron microscope) and EDS (Energy Disperse Spectroscopy) method。
稀土对高碳高速钢组织和性能的影响
第27卷 第1期2007年2月航 空 材 料 学 报J OURNAL OF A ERONAUT ICAL MAT ER I A LSV ol 27,N o 1F ebruary 2007稀土对高碳高速钢组织和性能的影响蒋志强1,冯锡兰1,符寒光2(1.郑州航空工业管理学院工业工程系,郑州450015;2.西安交通大学机械工程学院,西安710049)摘要:在成分为Fe -5%V-5%W-5%M o -5%C r -3%N b -2%Co -2%C 的高碳高速钢中添加稀土,研究了稀土对高碳高速钢铸态组织、热处理组织和力学性能的影响。
结果显示:稀土处理使高碳高速钢的奥氏体晶粒和共晶组织明显细化,共晶组织中片层状碳化物变短、变细。
热处理后,共晶碳化物大部分变成团球状且分布均匀。
稀土处理高碳高速钢的硬度和红硬性略有增加,冲击韧性提高37.81%,达到10.17J /cm 2,分析了稀土在高碳高速钢中的作用机理及改善合金性能的机制。
关键词:稀土;高碳高速钢;共晶碳化物;团球化;冲击韧性中图分类号:TG142 45 文献标识码:A 文章编号:1005-5053(2007)01-0006-05收稿日期:2005-05-12;修订日期:2006-10-28基金项目:河南省高校杰出科研人才创新工程(2006KYCX 022);河南省科技攻关计划(0624250005,0624260011)作者简介:蒋志强(1965 ),男,博士,教授。
铸造高碳高速钢是20世纪80年代末发展起来的一类抗高温磨损材料,用于制造热轧辊获得了良好的使用效果[1~3]。
用普通铸造方法制造高碳高速钢轧辊,共晶组织粗大,轧辊使用中易产生裂纹甚至发生剥落,影响轧钢正常生产[4]。
为解决这一难题,国外开发了带水冷结晶器的CPC 工艺制造高碳高速钢轧辊技术,获得了良好的效果[5]。
但是CPC 工艺和装备复杂,我国至今仍未开发成功,限制了高碳高速钢轧辊在我国的推广和应用。
稀土元素在钢中的作用及对钢性能的影响
稀土元素在钢中的作用及对钢性能的影响作者：魏可媛来源：《中国集体经济》2011年第08期摘要：文章阐述了稀土在钢中的作用机理主要有净化作用、变质作用和合金化作用，总结了稀土对钢性能及组织的影响和稀土的加入方法，充分发挥稀土作用，提高钢材质量，把我国的稀土资源优势转化为经济优势。
关键词：稀土；作用机理；性能稀土在传统钢铁领域中的应用，自20世纪60年就已经成为一个活跃的课题，一直以来越来越受到人们的关注，也一直存在争议。
国内外的研究者都做了大量的理论研究、实验研究和应用研究。
我国是世界RE资源大国，RE贮量和产量都远远大于其他国家，如何在钢中更好地利用这部份资源显得尤为迫切。
一、稀土元素在钢中的作用（一）净化作用微量稀土在钢中的净化作用主要表现在：可深度降低氧和硫的含量，降低磷、氢、砷、锑、铋、铅、锡等低熔点元素的有害作用，主要是可以抑制这些元素在晶界上偏聚，有净化晶界的作用，或可以与这些杂质形成熔点较高的化合物而析出排除。
后者应在稀土脱氧、脱硫之后，稀土加入量较高的情况下发生。
当稀土加入量较高时，稀土在脱氧、脱硫之后，它将会与钢中的铅、锡、砷、锑、铋等低熔点金属元素交互作用，形成熔点较高的化合物，降低低熔点金属元素的有害作用，还有一部分形成稀土夹杂物从钢液中排除，从而净化钢液。
在低碳钢中，当（[RE]+[As]）/（[O]+[S]）≥6.7即出现脱砷产物；加稀土后消除了钢的Pb脆，观察到Ce2Pb球状夹杂物；在低氧硫工业纯铁中加入少量的稀土与锑反应，并使聚集在晶界的锑转移到晶内，减少锑在α-Fe晶界上的偏析。
（二）变质作用在含有少量锰、并用铝脱氧的镇静钢中，硫化物通常以对钢的性能危害最大的第Ⅱ类形式分布在晶界。
未加入RE前，钢中夹杂物主要是长条状的MnS和少量串状的Al2O3和铝酸盐，加入RE后，形成高熔点的在晶内任意分布的球形夹杂，取代了沿晶分布的第Ⅱ类硫化物和串状Al2O3。
这种变性了的夹杂物的成份和分布取决于RE/S值和钢中的[O]及其他合金元素的含量。
稀土对钢中夹杂物的影响
稀土对钢中夹杂物的影响钢在冶炼、浇注中不可避免的会形成夹杂，钢中的夹杂物对材料性能的影响主要取决于夹杂物的形状、尺寸、类型、分布、数量以及与钢基体的结合方式等。
夹杂物在钢中是以不同于基体金属的的额外相存在的，它能将完整的组织分割开，使钢中组织变得不均匀，影响材料最终的使用性能。
一方面它同基体的弹性模量不同，当外加应力作用时夹杂物相当于基体缺陷，在其周围容易形成应力集中；另一方面，夹杂物的热膨胀系数与基体材料有不同，因而两者在冷却时收缩程度会有差异，容易在钢中形成较多的缩孔，降低材料抗疲劳性能。
数量较多且分布混乱的夹杂物明显降低钢最终的使用性能，如韧性、塑性、焊接性和耐腐蚀性等，特别是沿晶界析出的夹杂和团簇状的Al₂O₃大夹杂对钢中组织和性能的破坏性更大。
材料中夹杂物的形成机理主要是夹杂物先以异质点为核心独立形核、长大，同时在长大过程中，由于各个质点、元素表面活性不同，会发生相互吸引、靠拢，最终合并长成大尺寸的夹杂物。
图 3.1 中所选照片为众多扫描照片之一，观察照片看到，A 试样中夹杂物形态主要以椭圆形和纺锤形存在，能谱仪的元素分析表明该夹杂物主要由S、O、Mn、Al 等元素组成，进一步推断试验钢基体中夹杂物的 MnS、Al₂O₃夹杂，此外可能还有含有 Ti 元素的夹杂物出现，推断可能以TiS、TiO 的混合夹杂物。
总之，照片中观察到的夹杂物并不是由单一的化合物组成，而是由MnS、Al₂O ₃、TiS、TiO 组成的复合夹杂物。
研究显示，当钢中Mn 含量较高时，硫化物夹杂主要是以MnS(或MnS 和FeS）的形式存在。
并按其特征可以分为以下三种：第一种是在含氧量较高的情况下形成，这种MnS 夹杂在铸态中以球状分布，且加工塑性较低；第二种 MnS 夹杂沿晶界分布，在加工时容易沿着加工方向拉长；第三种MnS 夹杂主要形成在加有过量铝（脱氧剂）的钢中，此时 MnS 会呈现复杂形状分布，这种夹杂加工时塑性较好。
固溶稀土元素对钢中铁素体相变和显微组织的影响
06
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参考文献
参考文献
01
参考文献1
研究了固溶稀土元素对钢中铁素体相变和显微组织的影响。结果表明，
稀土元素的添加可以促进钢中铁素体的形成，并细化钢的显微组织。
02
参考文献2
通过对不同稀土元素含量的钢进行实验，发现稀土元素的种类和含量对
钢中铁素体相变和显微组织的影响具有显著差异。
03
固溶稀土元素对钢中铁素 体相变和显微组织的影响
汇报人：
日期:
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目 录
• 引言 • 固溶稀土元素对钢中铁素体相变
的影响 • 固溶稀土元素对钢中显微组织的
影响
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目 录
• 固溶稀土元素对钢中铁素体相变 和显微组织的机理探讨
• 结论与展望 • 参考文献
01
CATALOGUE
稀土元素与合金元素之间的相互 作用会影响钢的相变和显微组织
。
稀土元素可以替代钢中的部分合 金元素，从而改变钢的相变温度
和显微组织。
稀土元素与合金元素的相互作用 还与钢的成分和冶炼工艺有关。
稀土元素对界面能和表面张力的影响
稀土元素可以降低钢的界面能 和表面张力，从而提高钢的润 湿性和流动性。
降低界面能和表面张力可以促 进钢中铁素体相变和显微组织 的演变。
稀土元素可以改变钢中碳化物的分布，提高 材料的耐磨性和强度。
详细描述
稀土元素可以与钢中的碳原子形成稳定的化 合物，减少游离碳的存在，从而改变碳化物 的分布。这种改变可以提高钢的耐磨性和强 度。
稀土元素对马氏体相变的影响
总结词
稀土元素可以影响钢中马氏体相变的过程， 进而影响材料的硬度和韧性。
稀土元素对钢材强度与韧性的影响研究
稀土元素对钢材强度与韧性的影响研究钢材是目前世界上使用最广泛的工程材料之一，其在建筑、航天、汽车制造等行业的应用广泛。
为了提高钢材的力学性能，人们常常通过合金化的方法进行改良。
而稀土元素作为一类特殊的合金元素，具有一定的独特性能，对钢材的力学性能有着重要影响。
本文将就稀土元素对钢材强度与韧性的影响进行探讨。
首先，稀土元素可以显著提高钢材的强度。
研究表明，稀土元素的加入可以有效地提高钢材的屈服强度、抗拉强度等机械性能指标。
这主要归因于稀土元素的强化机制。
稀土元素在钢材中的加入可以提高固溶体的稳定性，使之晶粒变细，从而使钢材的力学性能得到改善。
另外，稀土元素还能够限制钢材晶界的扩张，提高晶界的强度，进一步增强钢材的强度。
因此，稀土元素的加入对于提高钢材的强度具有明显的效果。
其次，稀土元素还能够改善钢材的韧性。
在常温下，钢材的韧性往往会受到晶界的脆化效应的影响，导致其容易发生断裂。
而稀土元素的加入可以有效地抑制晶界的脆化，提高钢材的韧性。
这主要归因于稀土元素与碳、氮等元素的相互作用。
稀土元素可以与碳形成稀土碳化物，使其分布均匀在钢材中，阻止晶界的扩展，提高钢材的韧性。
同时，稀土元素还能够限制氮元素的析出，减少钢材的气冷硬化倾向，使其具有更好的变形能力。
因此，稀土元素的加入不仅可以提高钢材的强度，还能够改善其韧性。
此外，稀土元素对于钢材的特殊性能也值得关注。
例如，稀土元素的加入可以提高钢材的耐蚀性能，减少钢材在恶劣环境下的表面氧化和腐蚀，延长其使用寿命。
稀土元素还能够改善钢材的磁性能，使其具有特殊的磁性，有利于磁性材料的应用领域。
综上所述，稀土元素对钢材的强度和韧性具有显著的影响。
稀土元素可以提高钢材的强度，并且还能够改善其韧性和耐蚀性能，具有广泛的应用前景。
然而，需要注意的是，稀土元素的加入对钢材的影响是有限的，而且还存在成本较高等问题。
因此，在实际应用中需要根据具体情况进行权衡和选择，以达到最佳的效果。
iData_稀土元素在钢中的作用及对钢性能的影响_马杰
稀土元素在钢中的作用及对钢性能的影响马 杰,刘 芳(西安建筑科技大学冶金工程学院,陕西西安710055)摘 要:近年来稀土在钢中的作用受到越来越广泛的重视,只有掌握稀土在钢中的作用规律,才能更好的控制钢的性能、优化钢的质量。
阐述了稀土元素在钢中的作用机理主要有净化作用、变质作用、细化晶粒、微合金化作用,并结合生产实践和科学研究,总结了稀土对钢性能的影响。
关键词:稀土元素;作用机理;性能影响中图分类号:T F704.2 文献标识码:A 文章编号:1001-1447(2009)03-0054-03Application of rare earth element in steel and its influence on steel propertiesM A Jie ,LIU Fang(Schoo l of M etallurg ical Engineering,Xi an University of Architectur e and T echnolo gy,Xi an 710055,China)Abstract:In recent years,mor e attention has been paid to the function of rare earth element in steel.It is necessary to understand deeply the mechanism o f rare earth in steel so as to contr ol the process o f steelmaking and to achieve better steel quality.This paper describes the m echanism o f rare earth elem ent in steel,including purification,mo dification,grain refinem ent and micro -allo bined scientific research w ith production prictice,the effects o f rare ear th on the properties of steel are summarized.Key w ords:rar e earth element;mechanism;perform ance influence 作者简介:马 杰(1958-),男,副教授,主要从事钢铁冶金新技术的研究.有关稀土在钢中的作用,国内外冶金学者做了大量的研究工作,取得了非常重要的成果,并成功地应用于重轨、耐候等钢种的大生产中。
钢材掺杂稀土的作用原理
钢材掺杂稀土的作用原理钢材掺杂稀土是一种常见的钢材改性方法。
稀土元素是指原子序数为57到71的一组元素，包括镧系和铈系元素。
这些元素在钢材中的应用可以改善钢材的性能和性能稳定性。
下面我将详细介绍掺杂稀土对钢材的作用原理。
1. 强化钢材的晶格和晶界结构稀土元素的掺杂可以改善钢材的晶格结构和晶界结构。
稀土元素在钢材的晶格中形成稳定的溶固溶体，提高了晶格的稳定性。
稀土元素的掺杂还可以细化钢材的晶粒，减少晶界的非金属夹杂物，提高钢材的力学性能和耐腐蚀性能。
2. 提高钢材的强度和塑性稀土元素的掺杂可以显著提高钢材的强度和塑性。
稀土元素的掺杂会导致钢材中的晶界能量降低，使晶界的运动受到抑制。
因此，在扩散和位错运动受到限制的情况下，晶界的移动受到阻碍，导致钢材的塑性增加。
此外，稀土元素还可以引起钢材中的组织变化，包括相转变、析出相变化等，从而进一步提高钢材的强度和塑性。
3. 提高钢材的耐腐蚀性能稀土元素的掺杂可以改善钢材的耐腐蚀性能。
稀土元素的掺杂可形成稳定的氧化膜，提高钢材的表面活性和化学稳定性。
稀土元素的掺杂还可以改变钢材的晶界、晶间和晶内相互作用，减少钢材中的非金属夹杂物和孔隙，降低了腐蚀介质对钢材的侵蚀。
4. 改善钢材的热处理性能稀土元素的掺杂可以改善钢材的热处理性能。
稀土元素的掺杂可以促进相变的进行，减小相变温度和时间，从而提高钢材的热处理效果。
稀土元素的掺杂还可以改变钢材的凝固行为，使凝固过程更加均匀，减少钢材的组织偏析和晶粒长大。
5. 调节钢材的化学成分和净化钢材稀土元素的掺杂可以调节钢材的化学成分，改善钢材的过程性能和产品性能。
稀土元素的掺杂可以改变钢材中的硫、磷等有害元素的分布和形态，降低钢材中的有害元素含量，净化钢材。
总结起来，钢材掺杂稀土能够通过强化晶格和晶界结构、提高强度和塑性、提高耐腐蚀性能、改善热处理性能、调节化学成分和净化钢材等作用，提高钢材的综合性能和使用价值。
掺杂稀土的方法可以通过溶质热力学计算或物质平衡计算来确定稀土元素的添加量和掺杂方式。
稀土元素对钢性能的影响_佴士勇
向钢液中喷吹稀土氧化物（ CeO2 ） 粉剂，可以使钢的强度和韧性有 所提升，降低脆性转变温度，提高钢的持久强度。其原因是一、CeO2 可 以作为结晶核的细化铸态晶粒； 二、弥散分布的 CeO2 质点可使晶界对 位错运动的阻力得到提升。 4． 6 变性夹杂作用
稀土加入钢中生成球状稀土硫化物或硫氧化物，取代长条状硫化 锰夹杂，使硫化物形态得到完全控制，提高钢的韧塑性特别是横向冲击 韧性，改善钢材的各向异性。稀土使高硬度的氧化铝夹杂转变成球状 硫氧化物及铝酸稀土，显著地提高钢的抗疲劳性能。 5 稀土对钢材性能的影响
一种稀土耐蚀低合金钢，提高耐蚀率近 10 倍，用它制造的耐候货 车使用寿命提高一倍，返厂大修周期由 6 年延至 10 年； 稀土铸铁材料， 具有较高的抗拉强度、冲击韧性和疲劳强度。在某些机械性能方面已 分别接近或达到甚至超过钢的性能，起到“以铸代锻”的作用。与锻钢 和可锻铸铁相比，具有工艺简单、节约钢材和降低成本等突出效果。 6 稀土钢的发展前景
它既是提高钢质有效手段，又是发展钢材新品种的措施之一。我国稀 土储量丰富，是重要的战略资源。利用这一优势，将稀土的利用进行更 加深入的研究，利用稀土的特性，合成更加优质的钢种，具有广泛的战 略意义。 1 稀土元素简介
稀土是 18 世纪遗留下来的名称，意为“稀少的土”。实际稀土元 素在地壳中的含量并不稀少，这组元素更不是土，而是一组典型的金属 元素，其活泼性仅次于碱金属和碱土金属，可与多种元素化合，稀土金 属的燃点很低，如铈 165℃ ，钕 270℃ ，极易与氧发生反应。据国际纯粹 与应用化学联合会对稀土元素的定义： 稀土类元素是门捷列夫元素周 期表第三副族中原子序数从 57 至 71 的 15 个镧系元素，包括镧、铈、 镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥，以及与它们电子结构和 化学性质都相近的钪和钇，共计 17 种元素。 2 稀土钢的简介
稀土元素对高速钢组织和性能的影响
介 绍了稀土元素对高速钢组织和性 能的影响 ，主要包括 ：稀土元素参与 形成 氧硫 化物的过程 ，稀土元素与其他元素相互作用 实现 高速钢微合金化 ，净化 晶界，细化 晶粒 以及稀土元素改善 高速钢 中碳化 物形貌、尺寸与含量 。研究发现 ，过量添加稀土 元 素会使钢中夹杂物增多 ，影 响高速钢 的性能，针对 目前存在 的问题 ，对稀土元 素的引入方式以及含量进行 了讨论 ，并对在
ｐｒ ｏ ｐ ｅ ｒ ｔ ｉ ｅ ｓ ｏ ｆ ｈ ｉ ｇ ｈ ｓ ｐｅ ｅ ｄ ｓ ｔ ｅ ｅ ｌ
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稀土对超级铁素体不锈钢组织和性能的影响
稀 土含懿的超级铁索体不锈钢的 晶粒特征 、 ９ ３ ０ 退火时析出槽 、 冲击韧性和耐腐蚀性 。研究 表明 ： 适慧的稀土可 有效细化 晶粒 ， 使晶粒度从 ６ ． ９缀提高至 ８ ． ６ 级； 添加稀士 后， 逼火时折出榭所 占瓤积酉分数明显降低． 晨未见 以链状形式 出现 ； 稀± 提高 ＿ ｒ Ｃ 、 Ｎ的网溶度 ， 使碳氮 化物柝 Ｌ Ｉ ｛ 减少 ； 稀 土含髓为 ０ ． １ ０ ６ ％时 ， 冲击功为 ４ ５ ． ２ ５ Ｊ ， 较未添加稀土 时提高 ｒ ２倍 ； 同时 ， 稀土促使断裂 机制由脆性断裂 向韧性断裂转变 稀土可 有效增 强超级铁 索体不 锈钢的耐点蚀 性能 。稀 士含煎为 ０ ． １ ０ ６ ％ 时。 腐蚀速 砷 蔓 最小 。钢 巾 Ｓ 含 量降低且夹杂物得到改善是稀土提高泼钢种耐点蚀 性主要原因。 【 关键词 】 超 级 锈钢 ；晶粒 度；析出相 ；冲击韧性 ；点蚀 电位 【 中圈分类号 ］ Ｔ Ｇ １ １ ５ ［ 文献标 志码 】 Ａ ｄ ｏ ｉ ： ｌ Ｏ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ６ ７ ３ － ６ ２ １ ４ 。 ２ ０ １ ６ ． ０ ６ ． ０ ０ ３
ｐ ｏ ｔ ｅ ｎ ｔ ｉ ｏ ｄ ｙ ｎ ａ ｍｉ ｃ ｐ ｏ ｌ ａ ｒ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｉ ｑ ｕ ｅ ｗ ｅ ｒ ｅ ｕ ｓ ｅ ｄ ｔ ｏ ｅ ｖ ａ ｌ ｕ ａ ｔ ｅ ｔ ｈ ｅ ｉ ｎ ｌ ｆ ｕ ｅ ｎ ｃ ｅ ｏ ｆ ｄ ｉ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ 矾 ｅ ａ ｒ ｔ ｈ（ Ｒ Ｅ）ｑ ｕ ａ ｎ ｔ ｉ ． Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆＭｅ ｔ ａ ｌ ｌ ｕ ｒ ｇ ｉ ｃ ｌ。 ａ Ｎ ｏ ｒ ｔ ｈ ｅ ａ ｓ ｔ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ． Ｓ ｈ ｅ ｎ ｙ ａ ｎ ｇ １ １ ０ ０ ０ ４ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ） Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｓ ｃ ａ ｎ ｎ ｉ ｎ ｇ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ Ｍｉ ｃ ｒ ｏ ｓ ｃ ｏ ｐ ｙ（ Ｓ Ｅ Ｍ） ， Ｏ ｐ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ Ｍｉ ｃ ｒ ｏ ｓ ｃ ｏ ｐ ｙ（ Ｏ Ｍ） ， ｉ ｍａ ｇ ｅ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ， ｌ ｏ ｏ ｍ— ｔ ｅ ｍ ｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ｉ ｍ ｐ ａ ｃ ｔ ｔ ｅ ｓ ｔ ａ ｎ ｄ
ee稀土元素对奥氏体不锈钢焊条熔敷金属组织和性能的影响
稀土元素对奥氏体不锈钢焊条熔敷金属组织和性能的影响第3O卷第2期V o1.3O№.2稀有金属CHINESEJOURNALOFRAREMETALS2006年4月Apr.2006稀土元素对奥氏体不锈钢焊条熔敷金属组织和性能的影响杜义,张田宏,张俊旭,彭冀湘(洛阳船舶材料研究所,河南洛阳471039)摘要:在奥氏体不锈钢焊条中,通过在焊条药皮中加入稀土元素.探讨了其对焊条熔敷金属组织和性能的影响.对加稀土前后两种焊条进行了熔敷金属常规拉伸和冲击试验.宏观金相组织分析和冲击断口扫描电镜分析.并对熔敷金属薄片进行了透射电镜分析.结果表明:在奥氏体不锈钢焊条药皮中加入稀土元素.可以细化结晶组织,改变晶界上碳化物的析出形态和分布,井使碳化物的析出数量和颗粒尺寸明显减小,从而净化了奥氏体晶界,提高了其焊条熔敷金属的机械性能.关键词:碳化物;奥氏体不锈钢焊条;熔敷金属;稀土中图分类号:TQ444.1;TG146.4文献标识码:A文章编号:0258—7076(2006)02—0145—04稀土元素作为一种活性剂可以在钢中微量固溶,净化晶界,变质夹杂物1q],细化结晶组织【4],从而改善钢的机械性能.借鉴稀土元素在钢中的作用,人们将它应用于焊接材料中.研究结果表明_6]:焊接材料中加入稀土元素可以缩小焊缝金属的柱状晶区,扩大等轴晶区,缩小树枝晶的一次与二次分枝间距离,减小树枝晶的长度和厚度,细化奥氏体晶粒.在低合金焊缝金属中,稀土对焊缝金属起着净化和变质的作用;在高碳焊缝金属中,稀土强烈影响碳化物的数量,形态和分布_8;在双相不锈钢焊条药皮中加入适量氟化稀土能提高低温韧性9].本文就稀土对奥氏体不锈钢焊条熔敷金属变质作用,而改变晶界上析出碳化物的形态和分布,进而改善熔敷金属的塑,韧性的机理进行了探讨.1试验材料与方法试验材料为R>705MPa的高强度奥氏体不锈钢焊条,并以此焊条为基础在药皮中加入1.4%氟化稀土(稀土加入量约为1%).分别用含稀土和不含稀土的两种焊条进行熔敷金属焊接试验,焊接工艺参数见表1,加入稀土前后熔敷金属的化学成分如表2所示.首先对这两种焊条的熔敷金属按金属材料室温拉伸试验方法和金属夏比缺口冲击试验方法进行了圆拉伸和室温冲击试验,试验用试样采用6910 的标准拉伸试样和10mm×10mm×55mm的标准夏比V型缺口冲击试样;采用JSM.35C扫描电镜及DX一4X射线能谱仪对熔敷金属冲击断口形貌, 夹杂物形态和分布以及断口夹杂物及析出物的成分进行观察和分析;用PhilipsCM200透射电镜对熔敷金属进行组织形貌和析出物观察,并运用选区电子衍射技术对析出物进行分析.透射电镜试验样品先用王水浸蚀显示出焊缝宏观组织,后以5%高氯酸酒精为电解液,在～20℃条件下双喷电解得到穿孔薄膜试样,观察前离子减薄0.5h.2试验结果与分析表1焊接参数Table1Weldingparameters表2熔敷金属化学成分(%.质量分数)Table2Chemicalcompositionofdepositedmetals收稿13期:2005—08—15;修订13期:2005—09—16作者简介:杜义(1980一),男,四川阆中人,学士,助理工程师;研究方向:船体结构钢及配套焊接材料*通讯联系人(E-mail:duyi198078@163.c0m)稀有金属3O卷2.1稀土对熔敷金属力学性能的影响加入稀土后,熔敷金属的综合性能优良.与不加稀土的焊条相比,无论强度,塑性,还是冲击韧性,均得到了改善.加稀土前后熔敷金属的力学性能见表3所示.表3熔敷金属力学性能Table3Mechanicalpropertiesofdepositedmetal2.2金相组织分析在光学显微镜下观察加稀土前后两种焊条熔敷金属的金相组织如图1.加稀土后,焊缝组织由粗大的柱状晶(图1(a))转变成带有二次枝晶臂的柱状晶和树枝晶的混合结构(图I(b)),而枝晶生长的方向性,形态和数量对焊缝金属的力学性能有十分显着的影响,因此改善了的结晶组织对机械性能的提高起到了积极作用.2.3SEM分析无论是否有稀土,两种焊条熔敷金属冲击断口的低倍形貌均具有相似的韧性特征,但在微观形态上,却有明显的区别,如图2所示.未加稀土的焊条,其断口微观形貌表明,焊条熔敷金属组织较粗大,且有明显的方向性,在高倍下观察韧窝底部有呈分裂开的脆性相聚集(图2(a),(b)).能谱分析表明,该脆性相为富cr相(图2(e)).而加入稀土后,该焊条熔敷金属的冲击断口呈现典型的0',/:i.,一图1熔敷金属金相组织(a)加稀土前;(b)加稀土后Fig.1Mierostructuresofdepositedmetal㈩c}IjliI\}1一..一一一…一…NjK,.fI一...图2熔敷金属冲击试样断口形貌(a),(b)加稀土前;(e),(d)加稀土后;(e)脆性相的EDAX谱线Fig.2Fracturesulfaeeofcharpyimpacttestsampleofdepositedmetal2期杜义等稀土元素对奥氏体不锈钢焊条熔敷金属组织和性能的影响147 韧窝形态,在高倍下未见富cr脆性相聚集(图2(c),(d)).2.4TEM分析分别对用两种焊条熔敷金属制成的薄片进行透射电镜(TEM)观察.加稀土前(图3(a～c)),TEM观察到在所有奥氏体晶界上都存在大颗粒状析出物,这种析出物沿奥氏体晶界连续分布,通过衍射分析该析出物为M,C;加稀土后(图3(d—f)),奥氏体晶界上碳化物颗粒(M:,c)的数量明显减少,尺寸也由50—100rim减小到10～50rim,多数呈不连续分布状态,而且绝大部分晶界上没有这种碳化物存在.3讨论稀土元素作为一种活性元素,它本身在焊缝中只有微量的固溶,大部分稀土都优先聚集在晶界等缺陷处,而晶界上的大部分杂质与活性稀土原子结合生成稳定的化合物,从而降低或消除了杂质元素在晶界的偏聚,使晶界比较洁净.同时,聚集在晶界处的稀土原子本身作为活性物质降低了界面张力,从而使晶粒的驱动力减小,抑制晶粒长大的倾向_l¨],改善了结晶组织,从而提高其机械性能.在奥氏体焊缝中,由于铬的存在降低了碳的活性,使奥氏体中碳的溶解度大幅度降低,在铬的作用下会与其形成碳化物在晶界聚集,而从上面的试验结果可以看出,当加入稀土后,明显减少了碳化物在奥氏体晶界处的析出量;另外稀土元素大多数以内吸附存在于晶界,因此还能阻碍碳化物在晶界上析出[1.晶界上析出物减少,增加了奥氏体晶粒的晶问结合力,从而有效地改善了其组织的机械性能.4结论1.在R>705MPa高强度奥氏体不锈钢焊条药皮中加入1.4%氟化稀土,明显改善了焊缝金属(f)【201】晶怡轴(204)41∞I】图3TEM观察晶界上的析出物(a),(b)加稀土前有大量MC析出物的晶界;(c)图(a),(b)晶界上析出物衍射花样的标定;(d)加稀土后无析出物的晶界;(e)加稀土后有少量MC析出物的晶界;(f)图(e)晶界上M23C6析出物衍射花样的标定Fig.3TEMmicrostructureofdepositedmetal,-148稀有金属3O卷的结晶组织,使奥氏体枝晶形态由粗大的柱状晶转变成细小的树枝晶,从而提高了焊条熔敷金属的机械性能.2.加入稀土后,稀土的存在改变了晶界上碳化物的析出形态和分布,由网状析出变成颗粒状析出,并且碳化物析出量和析出颗粒的尺寸明显减小,从而净化了奥氏体晶界,加强了晶粒间的连接,使焊条熔敷金属强度有相应改善的同时,韧性也能得到提高.参考文献:[1]余宗森.稀土在钢铁中的作用[M].北京:冶金工业出版社,1987.[2]王龙妹.稀土元素在新一代高强韧钢中的作用和应用前景[J].中国稀土,2004,22(1):48+[3]于宁,孙振岩,戢景文,等.稀土,铌对重轨钢铸,轧态组织与性能的影响[J].中国稀土,2005.23(5):621.【4JNeustroyevVS,ShamardinVK,PovstyankoA V.Effectof microalloyingwithboronandrareearthmetalsonswellingand mechanicalpropertiesofFe一16Cr一15NisteelslA].15thinterna.[5][6][7] tionalSymposiumonEffectof"RadiationonMaterial[C].1990.Il22胡宪正.粱超,于金,等.稀土对A1TiC细化剂组织及细化效果的影响[J].中国稀土,2004,22(2):247.杨庆祥,廖波,崔占全,等.稀土元素在钢和焊接材料中的应用及研究进展[J].燕山大学,1999,23(1):l3.李建国,于春玲,薛海涛.等.稀土对焊缝组织和性能影响的研究[J].兵器材料科学与工程,2001,24(5):28.任登义.稀土对高碳钢焊缝中碳化物的变质作用[J].中国稀土,1998,16(2):154.孙威.稀土元索对双相不锈钢焊条熔敷金属韧性的影响[J].焊接,1990,(5):5.YangQX,LiaoB,LiuJH,eta1.Effectofrareearthelement onaustenitegrowthdynamicsofsteel60CrMnMo[J].Journalof RareEarths.1998,16(3):34.YangQX,LiaoB,YaoM.Effectofrareearthelementson austenitegrowthdynamicsofsteel9Cr2MolJJ.JournalofIron andSteel,1996.3(1):23.朱京希,王龙妹,戚国平.等.稀土对铁索体不锈钢凝固组织的改善[J].中国稀土,2005,26(5):81.郭面焕,邵德春,杨建国,等.稀土元素改善高锰钢焊条的组织性能[J].焊接,1999,(12):31. EffectofRareEarthElementsonDepositedMetalofAusteniticStainless SteelElectrodeDuYi,ZhangTianhong,ZhangJunxu,PengJixiang'(LuoyangShipMaterialResearchInstit ute,Luoyang471039,China)Abstraet:Theinfluenceofrareearthelementsonthe structureandmechanicalpropertyoftheelectrodede—positedmetalwasstudiedbyaddingREinthecover—ingoftheelectrodeofausteniticstainlessstee1.Both electrodesaddingbyREforeandafterwereinvestigat—edbynormalproceduretensiontest.impacttestondepositedmetal,metallographicalstructure,SEManalysisofimpactfracture,TEManalysisoffilmofthedepositedmeta1.Theresultsshowthatitcanrefinecrystalstructure,moIJifytheshapesanddistributionofthecarbideintheweldmeta1.reduceanddiminish theamountofcarbidebyaddingREinthecoveroftheelectrode.Therebyrareearthelementscanpurifythe crystalboundariesandimprovethemechanicalproper—tyoftheelectrodedepositedmeta1.Keywords:carbide;austeniticstainlesssteelelectrode;depositedmetal;rareeaflhsr堇1…。
稀土对高Nb钢奥氏体晶粒长大行为影响
摘
要： 钢中奥 氏体 晶粒 越细 小 ， 经过组织转变后 组织 的力学性 能越好． 利用 Ｇ ｌ ｅ ｅ ｂ ｌ ｅ 一１ ５ ０ ０ Ｄ热模 拟机模 拟稀土 高
Ｎ ｂ 钢热处理过程 ， 并对试样 进行 Ｔ Ｅ Ｍ观察与 分析 ， 研 究稀 土对加热 时不 同保 温时间奥 氏体 晶粒大小的影响 ． 结 果 表明 ： 稀土能有效抑制加热过 程中奥氏体晶 粒长大 ， 具有调 整 晶粒稳 定性 的作用 ， 并且 稀土 降低 沉淀相 溶解 的 温 度， 促 进第二相粒子在奥 氏体 中的溶解 ．
Ｉ ｎ ｆ ｌ ｕ ｅ ｎ ｃ ｅ ｏ ｆ ｒ ａ ｒ ｅ ｅ ａ ｒ ｔ ｈ ｏ ｎ Ａｕ ｓ ｔ ｅ ｎ ｉ ｔ ｅ ｇ ｒ ａ ｉ ｎ ｇ ｒ ｏ ｗｔ ｈ ｂ ｅ ｈ ａ ｖ ｉ ｏ ｒ ｉ ｎ ｈ ｉ ｇ ｈ Ｎｂ ｓ ｔ ｅ ｅ ｌ
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Ｖｏ ｌ － ３ ２． Ｎ ｏ ． ２
第３ ２卷第 ２期
文章 编号 ： ２ ０ ９ ５— ２ ２ ９ ５ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ２—０ １ ０ ７— ０ ４
稀土对 高 Ｎ ｂ 钢 奥 氏体 晶粒长大行 为影 响
李亮军 ， 方 琪 ， 任 慧平 ， 金 自力 ， 仇彦会
ｗ ａ ｓ ｓ ｔ ｕ ｄ ｉ ｅ ｄ ｕ ｓ ｉ ｎ ｇ Ｔ ＥＭ ｔ ｏ ｏ ｂ ｔ ａ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｏ ｆ ｒ ａ ｒ ｅ ｅ ａ ｔ ｒ ｈ ｏ ｎ ａ ｕ ｓ ｔ ｅ ｎ ｉ ｔ ｅ ｇ ｒ ａ ｉ ｎ ｓ ｉ ｚ ｅ ｉ ｎ ｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｈ ｏ ｌ ｄ ｉ ｎ ｇ ｔ ｉ ｍｅ ．Ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｓ ｈ ｏ ｗ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｒ ａ ｒ ｅ
稀土在钢中的作用
稀土在钢中的作用稀土是指稀有金属元素组成的一类元素，包括锆(Zr)、钪(Sc)、镧(La)、铈(Ce)、钍(Th)、镨(Pr)等。
稀土广泛应用于各个领域，其中之一就是在钢中的作用。
稀土在钢中的应用有助于改善钢的机械性能、耐腐蚀性能和热处理性能，同时还可以提高钢的加工性能和表面质量。
下面我将详细介绍稀土在钢中的作用。
首先，稀土可以提高钢的机械性能。
稀土在钢中的添加可以改变钢的晶粒结构，细化晶粒尺寸，提高材料的塑性和韧性，使得钢具有更好的抗拉强度和冲击韧性。
稀土的加入还可以改善钢的疲劳性能和耐磨性能，延长钢材的使用寿命。
此外，稀土还能增加钢的晶界韧性，提高钢材的抗拉伸损伤能力。
其次，稀土可以改善钢的耐腐蚀性能。
稀土在钢中的加入可以改善钢的耐腐蚀性能，特别是提高钢的抗氧化性能和耐高温性能。
稀土可以与氧化物和硫化物等形成稳定的复合物，使钢表面形成一层致密的氧化保护膜，阻止氧、水分和杂质离子的进一步侵蚀，从而提高钢材的耐腐蚀性能。
此外，稀土在钢的热处理过程中也发挥着重要的作用。
稀土可以提高钢的淬透性和硬化性，改善钢的热处理硬化层的性能。
稀土的加入可以使钢的组织细化，减少组织中的偏析相和夹杂物，从而提高钢的热处理效果，使得钢获得更好的力学性能和耐磨性能。
此外，稀土还可以提高钢的加工性能。
稀土在钢中的添加可以降低钢的冷加工硬化率，减少冷加工过程中的加工硬化现象。
稀土可以有效地抑制相变和晶格变形，减少内应力的积累，从而提高钢的整体性能和变形能力。
此外，稀土的加入还可以提高钢的表面质量，减少表面缺陷和气孔等缺陷的产生。
总结起来，稀土在钢中具有改善钢的机械性能、耐腐蚀性能和热处理性能的作用。
稀土可以提高钢的强度、塑性和韧性，改善钢的疲劳性能和耐磨性能，延长钢材的使用寿命。
同时，稀土还可以提高钢的耐腐蚀性能，特别是在高温和腐蚀环境下的抗氧化性能。
此外，稀土还可以改善钢材的加工性能和表面质量，提高钢的整体性能和变形能力。
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第43卷第4期2017年8月包钢科技Science and Technology of Baotou SteelVol.43,No.4August,2017稀土对高Nb钢奥氏体晶粒长大行为影响李亮军，王琨(内蒙古包钢钢联股份有限公司轨梁轧钢厂，内蒙古包头014010)摘要:钢中奥氏体晶粒越细小，经过组织转变后组织的力学性能越好。
本实验利用Gleeble - 1500D热模拟机模 拟稀土高N b钢热处理过程，并对试样进行TEM观察与分析，研究稀土对在加热时不同保温时间下奥氏体晶粒大 小的影响。
结果表明:稀土能有效抑制加热过程中奥氏体晶粒长大,具有调整晶粒稳定性的作用，并且稀土降低沉 淀相溶解的温度，促进第二相粒子在奥氏体中的溶解。
关键词:稀土;奥氏体晶粒;第二相粒子中图分类号:TG115. 21+3 文献标识码:B 文章编号= 1009 -5438(2017)04 -0037 -04 Effect of Rare Earth on Austenite Grain Growth Behavior in High Nb SteelLI Liang -ju n, WANG Kun( Rail and Beam Plant of Steel Union Co. Ltd. of Baotou Steel ( Group) Corp.，Baotou 014010 y NeiMonggol, China)Abstract ：T he smaller the austenite grain in steel is, the better the mechanical properties of structure are after structural transformation. In this paper, the Gleeble - 1500D thermal simulator is used to simulate the heat treatment process of rare earth high Nb steel, and the TEM observation and analysis are carried out on the test pieces to study the effect of rare earth on austenite grain size in different holding time. The results show that ：Rare earth can effectively inhibit the austenitic grain growth in heating process and play a role in adjusting the grain stability. In addition, rare earth can reduce the temperature of precipitation phase and promote the dissolution of second - phase particles in austenite.Key words ：rare earth ；austenite grain ；second - phase particle稀土元素在金属材料中的研究和应用已有80 多年的历史，稀土因独特的电子壳结构而具有极强 的化学活性。
目前，稀土作为中间合金已广泛用于 钢铁、机械、汽车和军事工业，被认为是发展21世纪 新一代高强韧钢中有效提高高强钢韧性的重要元 素。
我国是稀土资源大国，将稀土资源优势转化为 钢铁产品的品种优势和经济优势，扩大稀土在钢中 的应用范围，是科研人员研究的方向之一[1_4]。
本 实验研究了高Nb钢在奥氏体区保温过程中稀土对奥氏体晶粒尺寸的影响，并结合现有研究成果，确定 了稀土在高Nb钢高温加热中的作用。
1实验材料与实验方法1. 1实验材料及腐蚀方法利用容量为5 k g的真空感应熔炼炉炼得A、B、C三种实验用钢，其中，实验钢A不加稀土元素;实 验钢B加入少量稀土元素La，实验钢C加入较多的 稀土 La。
具体化学成分（质量分数）见表1。
将熔收稿日期=2017 -05 -08作者简介:李亮军（1986 -),男，山西省朔州市人，硕士,工程师，现从事钢轨热处理技术工作。
38包钢科技第43 ■炼后的钢铤锻造成宽_33 mm、.__50 111111_的长方体锻再用线切割将试样切割成刺_ m m x15 inm的热 模拟样，在Gled^-bOOD上进行热模拟实验。
实 验后将试样纵向切开，打磨抛光，利用黃味酸溶液 (蒸馏水7〇mL+少量海鸥牌洗头膏（1 ~ 2 g) +苦 味酸2.5 g(_应保证高温加热后器皿底部仍有少量未 溶苦味酸）苯（1滴）+盐酸（1滴)氢氟酸（1滴，以控制腐蚀速度）+极少量CuCl2，侵蚀时使用 控温控时水浴锅）腐蚀勗界19]。
为了保证每种成分 至少300个晶粒被测量,随机采集金相照片各4张，采甩图像处理软件Im哪-Tool测定晶.粒大小.。
表1实验用钢的化学成分(._分数）%编号C Si Mn P S Nb A1LaA0.0810. 410.660.014<0.01 0.0900.0210B0.0790.400.640.015<0.01 0.0930.0370.004 - 0.006 G0.0640.410.690.014<0.01 0.0950.0490.009 -0.0131.2热模拟工艺的确定将<J>8 mm x_15m m热模拟试样在- 1500D热模拟机上模拟加热保温过程。
为保证在加热过程中合金元素能够充分固溶，且不会因为奥氏体 化温度过高或在高温下保持时间过长而造成的奥氏 体晶粒粗化。
必须确定合理的升温速度、保温温度和 保温时间&文献[6]指出，在1 250 °C加热温度下，合 金元素固溶程度较好。
制定热处理工艺见表2:表2热处理工艺加热速度加热温度保温时间淬火介质/(U)J°C,/ min1012505、10冰盐水2实验结论与讨论2.1保温时间对奥氏体晶粒尺寸的影响实验钢在奥氏体化温度下保温时会发生奧氏体 晶粒长大，而奥氏体晶粒的长大是依靠晶界迁移完 成的[7]，但无论是缓慢长大，还是急剧长大，都是大 晶粒吞并小晶粒，或许多小晶粒合并成大晶粒的过 程。
图1给出了实验钢在设定的加热温度下保温不 同时间后的奥氏体晶粒照片，利用Image - Tool测 定晶粒平均直径结果见表3:(a)A#5urin (b)A#20 niin(o)B#5 _r n iJ i{c f)B#2〇tn in 图1在1 250 X；不同保温时间奥氏体晶粒大小对比表3中不同成分的实验钢在不同保温时闾 下的奥氏体晶粒尺寸，发现随着保温时间增加，实验 钢A、B、C奥氏体晶粒均有所长大，在保温5 njin 时，.晶粒尺寸相差不大，但随着保温时间的增加,昴粒尺寸相差越加明显〇与实验钢B、C不同，实验钢 A(未添加稀土）随保温时间的延长奥氏体晶粒粗化明显，奥氏体长大速率较快6面含有稀土的实验钢 B、C在相同保温时间下；奥氏体晶粒尺寸増长缓慢。
第4期稀土对高N b钢奥氏体晶粒长大行为影响39表3保温时间对奥氏体晶粒尺寸的影响时,实验钢B(少釐稀土实验钢C晶粒尺寸差别实_晶粒平均直径/p m明显，但随着保温时间的延长,这种差别逐渐减小。
保温5 ：m in 保温 20 min由此可IS:看扭，稀土的添加能有效有效抑制钢中奥A105151.5氏体晶粒尺寸，达到细化晶粒的隱的，但是随稀土含B83114.4量的不闻其抑制作用规律也不同。
C100118.0晶粒度是表;^晶粒大小的一种尺度，晶粒大小直接影响材料最终的机械性能。
利用image - tool 另外，由表3可以看出月稀土:加人量不同时，统计奥—^寸―M2。
奥氏体晶粒尺寸也有所差别,尤其在保温时间较短晶粒度 晶粒度(a)A#5 min (b)A#20 m in(c)B#5 m in(d)B#20 min图2不同保温时间小奥氏体晶粒尺寸分布分析图2可知，未添加稀土的A钢在保温5 m in 时，晶粒大小主要分布于1级到5级晶粒度之间u且 在3级到4级居多。
当保温肘间达到20 m h时，晶 粒大小分布发虫明显变化，1到2级晶粒度的大晶 粒占据42. 4%,原先包含的少■的细小晶粒均已消 失,，此时占据空间的主要以大鑛粒为主，此时奥氏体 晶粒长大更多是通过晶粒间的相互吞食来实现6而 对于实验钢B当保温时间为5 min时，钢在添加稀 土后晶粒尺寸基本在各个范围都有分布，同时随着 保温时间的增加,虽然有向大晶粒过渡的趋势，但进 行缓慢，晶粒增长速率变缓，各尺寸晶粒分布变化不 大《可以看出，随着保温时间的延长，钢中添加稀土 不仅可以抑制奥氏体晶粒长大，达到细化晶粒的0' 的，而且可以显著提高加热保温过程中晶粒的稳定 性。
2.2稀土对第二相固溶的影响图3为A、B实验钢在1 250丈加热保温后的第 二栽形貌照片，其中a、b分别为A、B保温5 min后 的照片7(i)、（ii)是对应图中第二相粒子能谱《对比复型照片，可以肴出，A号钢未固溶相的体 积分数最大，由于高温中第二相粒子尺寸较大，即使 残余沉淀相数量可观，但也不能有效地钉扎奥氏体 晶粒的长大。
因为高Nb钢中固溶Nh较多、由此造 成沉淀相在表面能羞的驱动下Ostwald熟化效应明 显[8]，而实验钢B中因为大部分沉淀相溶解:于奥氏 体中，合金元素通过固溶拖曳的作用抑制奥氏体晶 粒的长大。
稀土和Nb、Ti、V等栝度相互作用系数 均为负值,即稀土降低了 Nb、Ti、V等合金元素的活 度[9]，使沉淀相的完全溶解温度降低，促进沉淀相 的溶解。
：同时:结'會能i營分析着到相对賓熔点的Ti 的碳化物，稀土对Nb沉淀相的抑制作用更強,40包钢科技第43卷(a) A#5 min ( b) B#5 min图3 TEM 析出物复型及对应能谱照片另外，尽管B #钢和（：#钢在保温5 min 时析出相 体积分数非常接近，但其晶粒尺寸还是存在一定的 差别，13#钢（稀土含量较低）晶粒尺寸要小于（:#钢 (稀土含量较高）。
表明在锻态钢中，稀土有促进沉 淀相溶解的作用，但稀土过量促进作用反而降低。
3结论(1)在高Nb 钢中添加稀土元素后能有效的抑制奥氏体晶界的迁移，从而抑制奥氏体晶粒粗化，最 终达到细化奥氏体晶粒目的，并且随着保温时间的 延长，抑制效果更佳明显。
另外，随着稀土含量的不同，其抑制奥氏体晶粒长大效果也有差别。