稀土元素在先进低合金钢中的应用研究

稀土元素在先进低合金钢中的应用研究王隆美，齐斌，李洁月，刘柳，冯过，王福明中央科技钢铁研究总院、北京100081，中国公关科技大学，北京100083内蒙古工业大学，呼和浩特010051，中国公关2007年4月21日摘要：用金相显微镜，X-射线，扫描式电子显微镜，离子探针质量分析仪等仪器研究了稀土元素在低合金刚中对变性夹杂物，深层净化，细化晶粒和微合金化的影响。溶解的稀土元素出现在晶界优于在晶粒内部，并且微量溶解的稀土元素会形成新的晶界替代原来的。析出相的Nb（C，N），（NB，TI）（C，N）被溶解稀土迅速分散。先进的低合金化钢的强度和韧性得到改善。Si4+,P5+和Cu+移动到内锈层中强化了耐候钢的基体和内秀层，所以强化了耐候钢表面硬度。结果是，一个密集的复合锈层含Si4+和P5+铜+，RE3+的形成，耐候钢的耐蚀性得到很好的改善。关键词：稀土金属;应用，先进的低合金钢1、介绍随着冶金技术的发展，钢的产量已经有很大的提高，在今天的中国。稀土资源在中国的储存量很大，而且今天中国也是最大的钢铁生产国。那么就有意义提出研究富含中国特色的稀土在高纯低合金钢和微合金钢（如先进的耐腐蚀钢，先进的高强度低合金钢和先进的结构钢等）中的应用和发展。2、实验研究实验材料在真空感应炉中进行了细化，一些样品是从工业钢铁厂中拿来的。固溶体的样品重新进行测量低温电解结合电感耦合等离子体（ICP）[1]。用扫描电镜、EDS和IMMA[2，3]检查变性夹杂物和锈层的化学成分。用扫描电镜和EDX检测Nb(C,N),(Nb,Ti)(C,N),析出相阶段和La–AS,Sb,或La–P金属间化合物相。用离子探针质谱分析检测稀土元素在晶界或晶粒内被隔离。3。结果与讨论3.1、变性夹杂物，深层净化钢和细化晶粒尺寸微-稀土元素可以发挥重要作用在形状控制和变性夹杂在先进的低合金刚中，不仅是对细长MnS夹杂物，也对金格脆性氧化物[1]。图1和表1说明当RE/S≥1.7,RE/(S+O)≥0.8时，先进低合金钢中的稀土夹杂物被直径2µm球形分布的稀土氧化硫夹杂物所替代。当先进的低合金钢中总氧0.001wt％左右，硫含量迅速下降从0.0080wt%到0.002wt％，2分钟后，加入稀土。夹杂物的纵向长度，µm图-1-（a）修改后的稀土氧硫化夹杂物在先进的低合金钢的形态（b）图像统计分析测试修改夹杂的纵向长度和数量百分比的关系。表1由EDS修改后夹杂物的结果元素%ALSiSCaMnFeLaCeNdO0.040.046.730.080.000.3127.3935.921.3425.54表2在不同的晶界处用能谱仪观察到的稀土元素对S,P的隔离。列入的百分数比%由于稀土元素的加入，有害元素S,P被隔离在晶界外，如表2所示。稀土元素能抑制像As，Sb等对低熔点先进低合金钢的副作用。杂质元素的固定方式，如图2所示。稀土元素能减少固体冷却凝固的范围，以便实现铸造组织的细化（见表3）。另外，稀土氧化物或氧硫化物呈球形分布的尺寸2µm的时候能拟制晶界的生成并起到细化晶粒的效果。表3稀土对铸态组织的细化NO.结晶器附近等轴晶粒的变化范围(mm)柱状晶粒的变化范围（mm）中央细等轴晶区范围（mm）NO.0(未加入稀土)5783NO.1（稀土：0.12wt%）35033表4用离子微探针质谱分析仪分析融化的稀土中S,P的浓度对低合金钢的影响RE(wt%)固体溶解(RE/gg−1)晶界晶粒内I+Ce/I+FeI+P/I+OI+Ce/I+FeI+s/I+OI+P/I+OI+Ce/I+Fe000.250.3800.100.120.011350.130.260.610.0900.140.200.014760.0730.200.810.0740.150.400.0231320.0650.160.920.0680.150.66图2。镧，锑和LAP复合相（一）SEM及（b）EDS的照片。样品晶界（珠光体\铁素体）晶界（铁素体\珠光体）LaPSLaPS未加入稀土-0.060.02-0.120.05稀土：0.0049wt%1.59--1.69--溶入稀土元素对珠光体的大小和参碳体浓度的影响(a)未加稀土，(b)稀土元素La0.039wt%。3.2。稀土在高纯的先进的低合金钢中对钢微合金化的影响图4，碳电解法提取析出相，(a)RE:0;(b)RE:0.014%。基于前面对低合金钢中加入稀土系统的研究结果，发现它有个临界点（Re/S=2.0）[5]。溶解稀土元素含量显著上升后，MnS被完全替代，如在图所示。图1和图2前面已经做好了。稀土元素在钢中的溶解度由于加入Nb,Ti,或者Al而增加，如图。图3和图4也是前面做好的。[3-5]加入的稀土元素出现在晶界处比出现在晶粒内好，而且稀土元素在晶界处形成新的晶界。表4中给出了数据。稀土对珠光体空间的影响是如表5所示。能明显的看到稀土能使参碳体变厚（如图3）。所以钢铁的强度得到了强化。表5稀土对珠光体的影响NO.珠光体尺寸（µm）La-00.38La-0.00490.32La-0.00850.28La-0.03930.23表6稀土元素对低合金钢中各种沉淀相尺寸的影响钢种不加稀土（nm）加稀土（nm）10MnV∼120∼5014MnNb50–100≤20X60(Nb,Ti)≥8040表7稀土对先进的低合金钢的强度和韧性表8稀土对各种先进的低合金钢的横向冲击性能的影响图5。稀土对腐蚀速率的影响。在表6和图4中，看到微量的稀土溶于先进的低合金钢中能迅速的对析出相进行分散和细化，图4就是一个比较有代表性的低合金钢试验数据。用X射线、碳提取复制副本透射电镜样品的证明这些沉淀的粒子是铌-钛碳化物。如图4（a和b）。稀土对先进的低合金钢的强度和韧性的影响已列入表7和8。低合金耐候钢中存在一个最佳的RE/S值影响钢的腐蚀速率。稀土对腐蚀速率的影响如图5所示。先进的低合金耐候钢中稀土富集在内锈层和钢的基体中。Si4+,P5+和Cu+也富集在内锈层中。最终一个包含了Si4+、P5+、RE3+的密集混合内锈层形成。这项工作是由中华人民共和国科学技术部重点支持的科技项目（2002BA315A05）。参考文献：[1]L.Yonghua,L.Qin,Y.Wen,etal.,Chin.J.RareEarths7(36)(1999)207.[2]Z.Xingyuan,S.Qin,L.Qin,etal.,J.Chin.RareEarthSoc.22(5)(2004)665.[3]L.Wang,Q.Lin,J.Ji,D.Lan,J.AlloysCompnds.408–412(2006)384–386.[4]L.Yonghua,L.Qin,Yewen,etal.,J.RareEarths17(3)(1999)207.[5]Z.Xingyuan,Z.Jing,L.Jixiong,etal.,J.Chin.RareEarthSoc.20(2)(2002)181.[6]L.Qin,C.Banweng,G.Feng,etal.,Chin.RareEarth24(5)(2003)26.