钇含量对铝脱氧含钛不锈钢中夹杂物的影响

 以T4003铁素体不锈钢为研究对象,采用热力学计算与实验室试验的方法,对钇质量分数为0、0.007 0%、0.014 0%和0.023 0%的不锈钢中夹杂物进行了分析,研究了稀土元素钇含量对T4003铁素体不锈钢中夹杂物的影响,总结了不同钇含量对钢中夹杂物影响的规律。首先通过计算夹杂物的生成吉布斯自由能变预测了钢中生成的夹杂物种类,总结了不同钇含量试验钢中不同夹杂物的生成吉布斯自由能变随温度的变化规律。计算结果与扫描电镜对钢中夹杂物的检测结果一致。研究表明,不含钇的T4003不锈钢中夹杂物主要为尺寸不均匀的均相TiN夹杂物及少量Al₂O₃、Mg-Al-O、Ca-Ti-O与TiN的非均相复合夹杂物,添加钇后钢中夹杂物主要为小尺寸的TiN和部分以Y₂O₃和Y₂O₂S为核心表面包裹TiN的复合夹杂物。随着钢中钇含量的增加,钢中夹杂物的总含量先增加后减少,夹杂物平均直径先减小后增大。夹杂物中氧化物的改性路径为MgAl₂O₄-CaO-TiO_x→MgAl₂O₄-Y₂O₃-(CaO-)TiO_x→Y₂O₃-TiO_x→Y₂O₃-Y₂O₂S及Y₂O₃和Y₂O₂S。试验钢中含TiN夹杂物的数密度与面积分数先增加后减少,平均直径先减小后增大。钇的加入使钢中小于4 μm的小尺寸含TiN夹杂物数量增多,但钇的加入量过高时,含TiN夹杂物的细化程度减弱。当钢中钇质量分数为0.007 0%与0.014 0%时,渣中含TiN夹杂物的尺寸明显减小,大尺寸的含TiN夹杂物数量显著减少。     

Y-S-O三维稳定相图及夹杂物形成机理

基于Fe-Y-S-O体系热力学数据,采用Matlab软件绘制了1 873 K温度下Y-S-O三维稳定相图,该相图可直观地反映元素变化规律和夹杂物析出顺序。结果表明,Fe-Y-S-O体系中含钇夹杂物主要包括Y₂O₃、Y₂O₂S、YS和Y₂S₃。常规炼钢工艺下Y₂S₃夹杂物较难形成,通常含钇夹杂物以Y₂O₃、Y₂O₂S和YS为主;当硫质量分数大于0.07%时,Y₂S₃夹杂物才能生成。稀土钇加入钢液后,首先形成Y₂O₃夹杂物,而后与硫反应生成Y₂O₂S夹杂物,最后形成YS夹杂物,随着氧质量分数的降低,含钇夹杂物转变路径为Y₂O₃→Y₂O₂S→YS。由于基础热力学数据对Y-S-O体系稳定相图影响较大,目前报道的稀土钇在钢中热力学数据的可靠性仍需探讨,一次和二次相互作用系数亟需补充和完善。     

稀土钇处理对铁路辙叉用高锰钢中夹杂物的改性

高锰钢辙叉是铁路运输系统的关键部件，对铁路安全运行具有重要影响。钢中夹杂物严重影响钢的性能，稀土改性夹杂物是控制夹杂物的有效手段。基于热力学和第一性原理计算以及试验研究，系统分析了铁路辙叉用高锰钢稀土处理前后夹杂物的演变及其对钢性能的影响。热力学计算结果表明，未添加稀土Y时，高锰钢中主要的夹杂物为MnS和Al₂O₃;添加稀土Y后，高锰钢中的MnS和Al₂O₃转变为Y₂S₃、YS、YAlO₃、Y₂O₃和Y₂O₂S;当Y质量分数为0.03%时，夹杂物全部转变为稀土夹杂物。第一性原理计算结果表明，高锰钢中夹杂物形成并稳定存在的顺序为Y₂O₃>YAlO₃>Y₂O₂S>Al₂O₃>Y...     

稀土钇和铈对321不锈钢中钛类夹杂物的改性作用

通过在321不锈钢熔炼过程中分别添加不同含量的稀土元素钇(Y)和铈(Ce),研究321不锈钢中钛类夹杂物的热力学特征,考察了稀土元素种类及含量对钢中钛类夹杂物成分及形貌的影响。结果表明,未添加稀土元素时,321钢液中典型夹杂物为Ti N和以Al₂O₃为核心的Al₂O₃-Ti N复合夹杂物。向钢液中添加稀土元素,当Y添加量为5.0×10^-6(质量分数,下同)时,钢液中的典型夹杂物为Al₂O₃-Y₂O₃和部分未被改性的Al-O复合夹杂物,随着Y元素含量增加,Al₂O₃夹杂物被逐渐改性为含钇氧化物,当Y添加量为4.7×10^-5时,钢液中的典型夹杂物为Y₂O₃-Ti N复合夹杂物;当Ce添加量为5.0×10^-6时,钢液中的夹杂物主要有Ce-O、Ce-Al-O类夹杂物,A...     

钇基稀土对51CrV4弹簧钢夹杂物影响

为改善和控制弹簧钢中夹杂物的尺寸和形态, 以喂丝方式在工厂现场试验添加钇基重稀土处理51CrV4弹簧钢, 经现场取样后, 通过对试样进行大样电解、金相、扫描电镜和能谱等研究分析手段, 观察研究51CrV4弹簧钢铸坯和轧材中典型夹杂物。结果表明:重稀土Y对夹杂物改性明显, 在弹簧钢中添加钇基重稀土后, 显微夹杂物主要以RE₂O₃、RE₂O₂S、RE₂S₃等稀土夹杂物形式存在, 生成的稀土复合夹杂物尺寸在2~4 μm, 并且呈规则球状; 大型夹杂物中检测后并未发现含有稀土元素, 但是大型夹杂物的形态比未加稀土的夹杂物更为圆整和球状, 且大小更为细化.      

稀土处理对高牌号无取向硅钢中夹杂物的影响

通过工业试验研究了不同稀土含量对高牌号无取向硅钢中夹杂物的影响。研究结果表明,当稀土质量分数为0.002 1%时,稀土元素主要形成(La, Ce)AlO₃夹杂物,从而进行脱氧、变质钢中Al₂O₃夹杂物;随着钢中稀土含量的增加,稀土主要形成以(La, Ce)AlO₃-(La, Ce)₂O₂S类和(La, Ce)₂O₂S类稀土夹杂物,主要降低了钢中硫化物的析出量,但是此时生成的稀土夹杂物对钢中大量温降过程析出和二次氧化产生的Al₂O₃类夹杂物的改性作用较弱,这导致稀土含量高时钢中Al₂O₃夹杂物的数密度明显增加。此外,夹杂物长宽比的统计结果表明,稀土处理使铸坯中夹杂物发生明显球化,但在随后的热轧工序中,常规处理与稀土处理的热轧板中夹杂物的平均长宽比差异较小。即在工业生产实际中,稀土处理对成品组织中的夹杂物的长宽比影响很小,影响夹杂...     

脱氧剂对M50NiL钢中非金属夹杂物的影响

在航空发动机用轴承钢M50NiL的真空冶炼过程中使用不同脱氧剂进行脱氧，重点研究了不同脱氧剂类型对钢中夹杂物形貌、类型、尺寸及数量密度的影响。结果表明，未添加脱氧剂时，钢中夹杂物主要为Al₂O₃和铝镁尖晶石；使用Al-RE作为脱氧剂后，钢中夹杂物的主要类型为稀土夹杂物；而使用Al-RE-Si-Mn作为脱氧剂后，钢中夹杂物类型、尺寸及分布特征与Al-RE脱氧剂基本相当。稀土元素的加入能明显改善钢中夹杂物的类型及形貌，使主要夹杂物类型由带有棱角且形状不规则的富Al₂O₃型夹杂物转变为近球形的稀土夹杂物，同时降低了钢中夹杂物的最大尺寸,以及大尺寸的Al₂O₃夹杂物数量，但过量的稀土使得钢中出现了稀土夹杂物的团聚。     

稀土对高强车轮钢夹杂物赋存特征的影响研究

结合高温模拟实验和热力学分析,探讨了稀土对高强车轮钢中夹杂物类型及尺寸分布的影响,并与传统的钙处理钢进行了对比。研究结果表明,铝脱氧车轮钢经钙处理后夹杂物主要为Al₂O₃、MnS、(Mn, Ca)S和CaO-Al₂O₃以及Al₂O₃-(Mn, Ca)S和CaO-Al₂O₃-CaS包裹型复合夹杂物;与钙处理钢对比,车轮钢经稀土处理后,钢中Al₂O₃夹杂物数量减少,MnS和(Ca, Mn)S夹杂物消失,生成了近球形的Ce₂O₂S、Ce₂O₃夹杂,夹杂物尺寸显著减小;随稀土含量的增加[w(Ce)=0.0160%～0.0250%],不大于5μm的夹杂物数量占比由91.0%提升至99.8%,稀土细化夹杂物效果显著。热力学分析表明：在1600℃条件下,随着车轮钢中w(Ce)由0增加至0.0300...     

钇对EH36船板钢夹杂物特性和拉伸性能的影响

 稀土钇添加到钢中，能够有效变性夹杂物，并能引起拉伸性能的变化。为了研究钇的质量分数对夹杂物变性以及拉伸性能的影响，以EH36船板钢为研究对象，采用扫描电子显微镜、能谱等分析手段，对原始钢以及加入不同量稀土的试样进行夹杂物以及拉伸性能的测试分析。结果表明，稀土元素钇能有效变性夹杂物，将长条状的硫化锰夹杂物或者复合的硫化锰夹杂物变性为以Y Al O为核心的、外圈为稀土氧硫化物的球状夹杂物。对其力学性能检测发现，随着稀土加入量的提高，其抗拉强度和屈服强度显著提高，其中钇质量分数为0.055%的试样具有较好的夹杂物变性形貌和较好的抗拉强度和屈服强度。     

稀土处理无取向电工钢中非金属夹杂物的演变

使用自动扫描电镜分析了镧铈混合稀土处理无取向电工钢生产全流程钢中夹杂物的形貌、数量和尺寸,采用ICP-MS测量了各个阶段钢中的总镧（TLa）和总铈（TCe）的含量。通过分析可知,在加入稀土前,钢中的氧化物夹杂主要为镁铝尖晶石;加入稀土后,钢中的夹杂物被改性为（RE）₂O₂S、（RE）AlO₃以及它们的复合夹杂物,此外还有少量的（RE）S。随着钢中TLa质量分数从1×10^-6增加到10×10^-6, TCe质量分数从5×10^-6增加到18×10^-6,夹杂物的改性规律为：Al₂O₃·MgO→（RE）AlO₃→（RE）₂O₂S、（RE）AlO₃双相夹杂物→（RE）₂O₂S→（RE）S。随着冶炼过程中钢中稀土含量的减少,（RE）₂O₂     

稀土对HRB400E螺纹钢低温冲击韧性的影响

采用工业试验生产了稀土质量分数为0%、0.016 8%、0.028 5%和0.037 0%的HRB400E螺纹钢,使用DVN(Direct V-notched)冲击试样进行了低温冲击试验,以研究稀土含量对HRB400E螺纹钢低温冲击韧性的影响,并借助OM、SEM、EDS和全自动夹杂物分析仪表征了稀土处理前后螺纹钢的微观组织和夹杂物的形貌、化学成分和尺寸。结果表明,在-20、-40、-60 ℃ 3个试验温度下,试验钢的低温冲击韧性随稀土含量的增加呈现出先升高后降低的趋势。其中,稀土质量分数为0.016 8%的试验钢低温冲击韧性最佳,-20 ℃时其冲击功为276 J,相比未添加稀土的试验钢提高了117%。未添加稀土时,试验钢中的夹杂物主要为MnS、MnO-SiO₂和Al₂O₃,添加0.016 8%稀土后试验钢中MnO-SiO₂和Al₂O₃的比例(数量)大幅降低,MnS的比例明显提高,并生成了小尺寸、形状相对规则的稀土复合夹杂物,从而阻碍裂纹的萌生与扩展,改善了试验钢的低温冲击韧性。然而,过量添加稀土会导致试验钢中稀土夹杂物的尺寸增大,大尺寸的稀土夹杂物促进裂纹扩展,对试验钢的低温冲击韧性具有不利影响。     

高洁净轴承钢中稀土变质夹杂物行为分析

为了阐明稀土变质高洁净轴承钢中夹杂物的行为,进而优化轴承钢的稀土处理过程,通过向高洁净轴承钢中加入高纯稀土的方法,借助SEM、EDS和EPMA等观察和分析手段,重点对不同稀土含量轴承钢中夹杂物类型和析出行为进行表征和分析。研究结果表明,在不完全变质条件下,微量稀土能够优先变质钢中长条状MnS为RE₃S₄颗粒,RE₃S₄可在冶炼时独立析出或以Al₂O₃为核心析出,也能在凝固时与MnS以RE₃S₄·yMnS (y<1)复杂夹杂物的形式共同在Al₂O₃基底上形成。随着稀土含量的增加,在完全变质条件下,稀土元素与夹杂物的形成元素的结合序列依次为O、S、As、P和C,夹杂物类型演化序列为RE₂O₃、RE₂O₂S、RES、RE-S-As、RE-As(-P)/RE-O-As(-P)、RE-P-C/RE-O-P(-C)和RE-O-C。     

铝对稀土耐热钢中非金属夹杂物的影响

稀土能够显著提升钢材的性能,是高品质钢中常见的合金元素之一.然而,由于稀土与O、S等杂质元素之间存在极强的亲和力,加入钢中后形成的高熔点、大尺寸夹杂物对浇铸工艺的顺行及产品质量均有严重危害.为了探讨不同铝含量对稀土耐热钢中非金属夹杂物类型及尺寸分布的影响,在利用优化的热力学模型进行模拟计算的基础上,设计并开展了高温试验...     

Ce对440C不锈轴承钢夹杂物演变的影响

为探究稀土Ce对440C不锈轴承钢中夹杂物的改性作用,利用实验室MoSi₂电阻炉对440C不锈轴承钢进行稀土Ce处理,采用OM、SEM等系统分析了Ce的添加对440C不锈轴承钢脱氧及夹杂物演变的影响。结果表明,随着Ce加入量的增加,其收得率逐渐升高。Ce的加入使钢中TO质量分数由0.002 5%降低至0.001 2%。未加入Ce的钢中夹杂物主要为Al₂O₃、MnS以及镁铝尖晶石;加入质量分数为0.011 5%的Ce后,夹杂物被改性为以Ce-Al-O为主的夹杂物;当Ce的添加量达到0.036 4%时,夹杂物被完全改性为Ce-O-S夹杂物。适量的Ce可以降低夹杂物尺寸及面积比例,但过量加入会使夹杂物尺寸变大。在本试验条件下,当Ce质量分数为0.011 5%时,钢中夹杂物细小弥散效果最明显。以上结论可为Ce在高碳铬不锈轴承钢中的应用提供参考。     

SWRS82B钢中稀土元素对氧化铝改性的晶体学

 为了深入研究与控制SWRS82B钢中氧化铝夹杂,针对添加稀土元素铈研究其对氧化铝的改性问题,通过热力学以及边-边匹配模型对稀土夹杂物的析出条件和Al₂O₃与稀土氧(硫)化物之间、γ-Fe和稀土氧(硫)化物之间的原子间错配度进行计算,探究稀土铈夹杂物作为Al₂O₃和γ-Fe异质形核的有效性,进而证明稀土铈元素对B类氧化铝夹杂物改性的有效性,提高钢材性能。计算结果表明,在0~2 000 K的温度区间上,生成CeAlO₃夹杂物反应的吉布斯自由能最低,且在同等条件下铈氧(硫)化物生成的可能性偏低,稀土铈氧(硫)化物可以作为Al₂O₃异质形核的核心,且稀土铈氧(硫)化物可以作为γ-Fe异质形核的核心;Al₂O₃可在稀土铈氧(硫)化物上有效形核,且Al₂O₃优先在Ce₂O₂S上发生异质形核;γ-Fe可在Al₂O₃和稀土铈氧(硫)化物上有效形核,且γ-Fe优先在Al₂O₃上发生异质形核,使得形状不规则的氧化铝夹杂物转变为近球形的铈铝酸盐夹杂,揭示SWRS82B钢中非金属夹杂物的变性机理,为提高SWRS82B钢中脆性夹杂物转变为塑性夹杂物处理的实际效果提供理论依据。     

镧对高碳硬线钢中Al2O3夹杂物改性的晶体学分析

 为了控制与改善高碳硬线钢中氧化铝夹杂物的数量、形状和分布,提高钢的洁净度,细化钢的组织结构,均匀钢的化学成分,在高碳硬线钢中添加稀土镧元素研究其对氧化铝夹杂物的改性问题。通过对高碳硬线钢中添加稀土镧形成的稀土氧(硫)化物,采用扫描电镜和能谱分析进行表征,研究其对氧化铝的改性问题,发现镧的加入可以改变夹杂物的形状,夹杂物从不规则形状转变为较规则的椭圆形,随着夹杂物面间距增大,其逐渐弥散化。利用热力学以及边-边匹配模型计算其与γ-Fe和Al₂O₃之间沿密排晶向的原子间错配度和密排晶面的面间错配度,探究含镧夹杂物作为钢液凝固时初生相异质形核核心的可能性及有效性。结果表明,加入镧后,在1 000～2 000 K温度范围内根据生成夹杂物的吉布斯自由能的大小,得出钢中可能生成夹杂物的顺序为La₂O₃＞La₂O₂S＞LaAlO₃＞LaS＞La₃S₄。利用边-边匹配模型计算稀土氧(硫)化物与γ-Fe和Al₂O₃之间的原子匹配情况,发现了La₂O₃、LaS、La₂O₂S和La₃S₄均可能作为Al₂O₃和γ-Fe异质形核的核心,且La₂O₂S可能优先成为γ-Fe异质形核核心, LaS可能优先成为Al₂O₃异质形核核心,揭示了钢中氧化铝夹杂物的改性机理,为高碳硬线钢中非金属夹杂物的处理提供了理论依据。     

稀土-镁复合处理对GCr15轴承钢中夹杂物的影响

为了尽可能的去除钢中大颗粒的夹杂物, 在实验条件下通过向GCr15轴承钢中添加适量镁、稀土对夹杂物进行改性, 并利用Aspex夹杂物自动分析仪和扫描电镜对钢中改性后的夹杂物尺寸、类型、形貌等进行了观察、分析, 研究了稀土-镁复合处理对夹杂物的影响规律.研究结果表明, 对轴承钢中加入微量镁处理, 可将未进行镁处理钢中的MnS-Al₂O₃、MnS、Al₂O₃夹杂改性为以含硫、镁复合夹杂物为主, 同时包含少量Al₂O₃、镁铝尖晶石夹杂.进一步采用稀土-镁复合处理后, 钢中的夹杂物转变为主要以含Re-S-O夹杂物为主, Al₂O₃、MnS、镁铝尖晶石夹杂逐步消失, 且夹杂物成球状分布, 绝大多数夹杂物在5 μm以下.稀土-镁复合处理轴承钢后, 10 μm以上的大颗粒夹杂物大大降低, 钢中的夹杂物明显得到细化.钢中镁含量不变时, 随着稀土含量的增加, 大颗粒夹杂物比例明显下降.而在稀土含量相近的情况下, 增加钢中的镁含量也有利于大颗粒夹杂物的去除.稀土-镁的相互作用进一步促进了夹杂物的细化.