稀土Ce含量对4Cr5MoSiV1钢中夹杂物的变质作用

为探究Ce元素对热作模具钢中夹杂物的影响及其作用机理,用场发射扫描电镜(SEM/EDS)和附带的夹杂物自动分析系统对不同Ce含量的4Cr5MoSiV1钢中夹杂物的类型、形貌、数量、尺寸及其分布进行观察和统计分析。结果表明,不含Ce的试样中夹杂物不仅数量多、平均尺寸较大且形状不规则,主要类型为Mg-Al-O类、MnS和Mg-Al-O外覆盖MnS的夹杂物;随Ce含量的增加,试样中的夹杂物有数量和平均尺寸减小、并变质为球形稀土硫氧化物的趋势。当钢中Ce含量为0.0070%时,夹杂物的数量最少,平均尺寸最小;继续增加稀土Ce含量到0.0120%时,会形成更多的硫氧化物夹杂,且夹杂物有数量增多、平均尺寸增大的趋势。随着凝固过程的进行,Ce主要以稀土硫氧化物形式存在试验钢中,60%以上的夹杂物会被凝固前沿推动,且最终留在晶界附近。     

稀土Ce对纯镍组织和断口的影响

本文通过真空熔炼,在纯镍N6中添加稀土元素Ce。采用金相显微镜、扫描电镜、透射电镜等技术,研究了稀土Ce对纯镍N6中夹杂物、组织和断口的影响。结果表明,添加稀土Ce能够有效净化纯镍N6熔体,使熔体中夹杂物的数量显著减少,改变夹杂物的形状,减小夹杂物尺寸,但收得率仅为21%;少量Ce的氧化物夹杂呈菱形而残留在镍基体中,分布在晶界处;添加稀土Ce的N6板材拉伸断口韧窝均匀,且少有孔洞;部分稀土Ce与Ni生成金属间化合物,在塑性变形过程中容易发生破碎,且冶金结合较弱,容易形成裂纹源,对N6板材的力学性能有严重影响。     

洁净钢中稀土铈变质夹杂物行为研究

以添加微量稀土元素Ce的洁净钢为例,研究了Ce在洁净钢中变质夹杂物的行为,并对稀土夹杂物进行了热力学理论分析和吉布斯自由能计算。研究结果表明:在低氧、低硫的钢液体系下,Ce的脱氧、脱硫效果显著,脱氧率和脱硫率分别达到了44%和40%;稀土夹杂物以Ce_2O_2S和CeAlO_3为主。     

稀土Ce对253MA耐热钢凝固组织及夹杂物的影响

采用激光共聚焦显微镜、场发射扫描电镜(SEM)和电子背散射衍射(EBSD)等设备,对含稀土Ce的耐热钢253MA连铸坯的凝固组织及夹杂物的形貌、成分和结构进行表征分析。结果表明:比较两种含稀土Ce耐热钢的凝固组织,稀土Ce有增大凝固组织等轴晶率、细化柱状晶的作用;稀土Ce夹杂物主要相结构为CeO₂和(CeO)₂SO₄,呈细小、近球形弥散分布;对夹杂物进行统计和评级,发现稀土Ce含量的增加有利于D类球形夹杂物增多,有助于提高耐热钢的耐高温、抗氧化性能。     

稀土La和Ce对25CrMoVB钢夹杂物的影响

用扫描电镜及能谱仪观察和分析不同La和Ce含量的25CrMoVB钢中夹杂物形貌和成分。结果表明,随着加入La、Ce含量的增加,钢中的长条形MnS夹杂逐渐被改性,最终变成小尺寸球状的稀土硫氧化物;同时钢中的硅酸盐、氧化铝夹杂也被改性成稀土夹杂。但La、Ce加入过量时,钢中会出现较大尺寸的复合夹杂。     

铈对S32750超级双相不锈钢低温冲击性能的影响

通过夏比冲击和示波冲击方法分析了两种Ce含量S32750超级双相不锈钢在20~－100 ℃范围内的冲击吸收能量及能量构成差异,利用Aspex自动扫描电镜分析仪、SEM、EDS研究了Ce对钢中夹杂物的改性行为及冲击断裂行为的影响。结果表明:高Ce试验钢的抗低温冲击断裂性能明显优于低Ce试验钢,前者韧脆转变温度相较后者下降16 ℃;Ce的添加使得试验钢－80 ℃冲击吸收能量提高45 J,其主要源于裂纹扩展能W_p的提升(76%)。冲击断口形貌观察和夹杂物分析结果显示,低Ce试验钢在－80 ℃冲击断口表现为完全解理断裂;相较于低Ce试验钢,高Ce试验钢中Al₂O₃夹杂显著减少,多为改性后的铈铝氧复合夹杂;硬脆Al₂O₃夹杂数量的减少有效改善了钢的冲击性能。     

稀土Ce对T91耐热钢组织及力学性能的影响

对不同稀土Ce加入量的T91耐热钢进行室温拉伸和冲击性能测试,采用SEM和EDS进行组织观察和断口研究。结果表明,加入稀土Ce能细化晶粒,改变钢中夹杂物的形貌和大小,从而有效改善T91钢的强度与韧性;韧窝中形成的细小球状稀土硫氧化物夹杂是力学性能转变的主要原因;稀土对改善室温冲击性能作用显著,稀土Ce含量在0.0020%时,试样室温冲击性能最佳。     

高铁扣件弹簧钢中含Ce夹杂物生成的热力学分析

通过热力学计算研究稀土Ce夹杂物在高铁扣件弹簧钢中生成的热力学条件,并分析加入稀土Ce对Al2O3夹杂的变质作用及条件。由稀土Ce硫化物、氧化物和氧硫化物的标准吉布斯生成自由能构建了稀土Ce夹杂物的空间析出图,并将其应用在预测高铁扣件弹簧钢中加入稀土Ce后夹杂物的生成顺序,并确定其存在形式及热力学转换条件。计算结果表明:钢液中加入稀土最容易生成的是CeAlO3夹杂,其次是Ce2O2S;在本计算所用钢种的氧活度和硫活度分别为0.000 639和0.005 845的条件下,钢液中首先会析出Ce2O2S;当钢液中Al含量为0.013%时,稀土变质Al2O3夹杂的理论加入量为0.001 9%。     

Ce2O3微粒对低碳钢夹杂和晶粒度的影响

通过在钢中外加Ce2O3微粒的方法,研究Ce2O3微粒对钢材夹杂物和晶粒度的影响。结果表明,Ce2O3粒度不大于1.13μm时,钢中夹杂物含量不会增加,粒度大于2.34μm时夹杂物含量会明显增加。外加Ce2O3微粒可以和钢中硫化物夹杂和脱氧产物结合,起到加稀土合金的部分作用。Ce2O3微粒可以细化铸态晶粒的粒度,晶粒平均尺寸由180μm降低到90～75μm;也可显著降低轧态组织的晶粒度,使晶粒度由6.5级降低到11级。当添加Ce2O3微粒粒度为1.13μm,加入量为金属量的0.5%时,可以取得最好的经济技术指标。     

稀土元素Ce及热处理对过共析轨钢组织及力学性能的影响

研究了稀土元素Ce及热处理对过共析轨钢中夹杂物、微观组织形貌及力学性能的影响规律。结果表明,热处理促进稀土Ce在界面偏聚,充分发挥Ce细化珠光体片间距、净化强化晶界及变质细化脆性夹杂的微合金化作用,并使相变过程充分进行,最终获得均匀连续的精细珠光体片层结构。Ce细化热处理过共析轨钢中珠光体片间距细化至87 nm,细化率高达43.8%,同时细化长条状MnS-MgO夹杂并变为近球状稀土夹杂物,使过共析轨钢获得最佳力学性能,抗拉强度可达1378 MPa,硬度达380 HBW,断面收缩率提高至23.95%,拉伸断口呈现韧性断裂特征。     

稀土Ce对钎具钢中夹杂物的改质机理研究

通过向钎具钢中加入稀土Ce元素,研究了Ce对钎具钢中镁铝尖晶石和硫化物的改质过程和改质机理。结合SEM和EDS对钢中夹杂物的形貌、组成、数量和尺寸进行分析,采用Thermo-Calc和Factsage 6.3热力学软件对Ce改质尖晶石和硫化物的改质机理以及钢中合适Ce的质量分数进行理论计算。结果表明,稀土Ce对Al_2O_3、Mg Al_2O_4和(Ca,Mn)S都具有很好的改质效果。无Ce添加时,钎具钢中夹杂物以Mg Al_2O_4和(Ca,Mn)S为主;当钎具钢中的稀土含量为0.0078%时,Mg Al_2O_4被改质为Ce-O,(Ca,Mn)S被改质为Ce-S,同时还存在一定量的Ce-O和Mg O共生相,钢中夹杂物的尺寸减小。热力学计算结果表明,钢中不同的Ce含量对应不同的稀土夹杂物(Ce Al O_3、Ce-O)类型。稀土Ce对Mg Al_2O_4的改质顺序为:Mg Al_2O_4→Ce Al O_3+Mg O→Ce_2O_3+Mg O→Ce_2O_3,Factsage 6.3的理论计算结果与实验观察基本吻合。     

稀土Ce元素对过共析钢非金属夹杂物及组织性能的影响

为研究稀土元素对过共析钢非金属夹杂物和显微组织的作用机理,在过共析钢中添加了少量的稀土Ce元素,通过冶炼控制O、S含量,保证了稀土Ce元素在钢中的收得率,研究了稀土Ce元素对过共析钢拉伸性能、非金属夹杂物、珠光体片层间距等的影响。结果表明：与稀土Ce元素结合的非金属夹杂物尺寸约为5μm,加入少量稀土Ce元素可以使氧化物类夹杂物形貌发生变化;消除过冷度对珠光体片层间距的影响后,稀土Ce元素可以使过共析钢的抗拉强度提高19 MPa,面缩率降低2%;添加与未添加稀土Ce元素的过共析钢盘条性能不同,主要与珠光体片层间距的大小和均匀性有关,稀土Ce元素的添加可以细化、均匀珠光体片层间距,提高过共析钢盘条的同圈性能均匀性。     

37Mn5钢中显微夹杂物的特征研究

对某钢厂生产的37Mn5钢种各工序中全氧、氮含量及显微夹杂物含量分布进行了分析。结果表明,LF精炼后,钢中全氧含量比静吹前降低30.52%,显微夹杂物含量降低16%,LF精炼效果明显;根据示踪实验,铸坯中含La元素夹杂物占52.54%,含Ce元素夹杂物占71.18%,含K、Na的显微夹杂物占65.65%,转炉出钢、中间包及结晶器浇注过程中均存在卷渣;浇注过程存在严重的二次氧化。做好保护浇注、提高浇注水平是提高37Mn5钢质量的重要手段。     

稀土Ce对非调质钢中硫化物特征及微观组织的影响

通过稀土Ce微合金化手段,采用SEM、EDS和ASPEX等手段对不同Ce含量的非调质钢中的夹杂物形貌、数量和尺寸以及实验用钢的显微组织进行了表征,结合Thermo-Calc热力学软件对含Ce硫化物夹杂的形成过程进行了分析,并通过三维原子探针（3DAP）对晶界和相界面处的元素分布进行表征。结果表明,Ce在1800℃与S结合形成Ce₃S₄夹杂,1480℃转变为Ce₂S₃夹杂,1480℃以下形成Ce₂S₃为内核,Ti₄C₂S₂和Mn S包覆生长的复合夹杂物;添加Ce元素的实验用钢中90%以上的夹杂物的长径比小于2.5;Ce含量为0.019%（质量分数）时,实验用钢的组织最细,平均晶粒尺寸为4.17μm。3DAP的结果证明了Ce在晶界和相界处存在明显偏聚,阻碍了C扩散,抑制晶粒长大,另外,高温区形成的细小弥散含Ce夹杂物提供了形核质点,2者共同作用细化了非调质钢的组织。     

Ce、Cu合金化高强高效无取向硅钢中的夹杂物和析出相分析

设计并制备了含Cu和Ce的高强高效无取向硅钢。通过热力学计算、FactSage和JmatPro相图计算以及扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和能谱仪(EDS)等研究了不同Cu含量的含Ce无取向硅钢中夹杂物和析出相粒子性质。结果表明：Ce的添加降低了试验钢中富Cu析出相的开始析出温度。Cu含量不仅影响富Cu析出相的尺寸、数量而且影响其形态，如1.24%Cu含量的钢中富Cu析出相尺寸细小、呈球状，2.24%Cu含量的钢中富Cu析出相尺寸较大且出现短棒状形态。Ce的添加改变了AlN、Al₂O₃等夹杂物的形态和尺寸，使夹杂物变性，降低了夹杂物对试验钢磁性能的有害影响。     

稀土Ce对42CrMoTiB钢力学性能的影响

研究了稀土Ce对42CrMoTiB钢中夹杂物以及力学性能的影响。结果发现,在42CrMoTiB钢中加入Ce能起到净化钢液,变质夹杂物的作用。随Ce量的增加,钢材的塑韧性得到大幅提高,其中含0.025wt%Ce的42CrMoTiBCe-3钢的夏比冲击吸收能量(KV2)比未检出Ce的42CrMoTiBCe-1钢的提高36.4%。然而,当Ce含量超过0.025wt%时,钢中B类夹杂明显增多,并且在钢中引起明显的混晶;因此,含0.033 wt%Ce的42CrMoTiBCe-4钢的力学性能下降。42CrMoTiB钢中最佳的Ce含量为0.025wt%左右。     

应用稀土氧化物冶金技术改善高强钢焊接性能

在高强钢中加入5×10~(-6)和23×10~(-6)稀土Ce,研究了Ce对焊接热影响区冲击韧性、微观组织、原奥氏体晶粒以及焊接接头断口形貌的影响与机理。钢中含Ce量为5×10~(-6)时,能在镁铝夹杂物外围生成少量CeAlO_3夹杂物,但不能完全改性镁铝夹杂物,当Ce添加量达到23×10~(-6)后,Ce能够完全改性MgO-Al_2O_3尖晶石,生成(CeCa)S+MgO-Al_2O_3+MnS稀土夹杂物。对含有Ce的高强钢板进行模拟焊接,结果表明,在4组不同焊接热输入条件下,钢中加入23×10~(-6)Ce后,比钢中加入5×10~(-6)Ce的钢焊接热影响区的Charpy冲击功有所提高。微观组织分析发现,23×10~(-6)Ce含量的高强钢试样焊接热影响区断口形貌呈现韧窝状,韧性更好;当热输入从25 kJ/cm逐步提高到100 kJ/cm时,含5×10~(-6)Ce的高强钢热影响区原奥氏体晶粒平均尺寸增加了75.6%;含23×10~(-6)Ce的高强钢的原奥氏体晶粒平均尺寸增加了52.4%,即钢中Ce含量的增加抑制了焊接热影响区原奥氏体晶粒的长大。通过微观组织分析对比,说明稀土Ce在高强钢中起到了延迟焊接热影响区上贝氏体组织形成的作用,同时抑制焊接过程中原奥氏体晶粒的长大。利用高温共聚焦显微镜观察到了稀土夹杂物钉扎于原奥氏体晶界,抑制焊接过程中晶粒的长大,验证了稀土Ce对高强钢焊接热影响区性能改善的机理。本工作表明应用稀土氧化物冶金可以改善稀土高强钢的焊接性能。     

稀土Ce对4Cr5MoSiV1钢组织的影响

对不同稀土Ce含量的4Cr5MoSiV1试验钢经热加工处理后的显微组织进行了观察和分析,研究Ce含量对其显微组织的影响。结果表明,稀土Ce的加入,使4Cr5MoSiV1钢铸态、锻态、正火和球化退火态的组织得到改善,晶粒细化、夹杂物变性、成分偏析减轻、未溶碳化物消除。但当稀土Ce含量超过0.026%时,上述改善作用逐渐减弱,甚至起到恶化的效果。     

夹杂物对粉末高温合金损伤行为的影响

在简要介绍粉末高温合金中夹杂物来源的基础上,分析了夹杂物对粉末高温合金损伤行为,尤其是疲劳行为的影响,并对含夹杂物粉末高温合金材料的损伤机理和疲劳寿命预测模型进行了介绍.指出了粉末高温合金中夹杂物对其疲劳性能影响显著,且这种影响是多方面的,夹杂物的尺寸、数量、位置和取向等都会影响合金的疲劳行为.     

Ce对AH36船板钢凝固组织和硬度的影响

采用扫描电镜、能谱研究了添加Ce对AH36船板钢的凝固组织结构、断口及夹杂物形貌的影响,并检测了合金的硬度。结果表明,Ce含量对AH36钢的凝固行为和性能有很大的影响。稀土Ce主要沿晶界分布,细化晶粒,同时改善了夹杂物的形貌,使其在韧窝中的分布更均匀;添加0.02%Ce时,AH36钢的洛氏硬度提高50%。