稀土管线钢中夹杂物热力学分析及实验研究

为了研究含稀土钇管线钢中稀土夹杂的存在种类及稀土对其它有害夹杂的变质作用,本文首先在理论上对实验钢进行了有关夹杂物的热力学计算,并在实践中利用扫描电镜和能谱仪对普通管线钢及含钇管线钢的主要夹杂物进行了随机观察。结果表明,含稀土钇管线钢中稀土夹杂主要以Y_2O_3、Y_2O_2S夹杂的形式存在,而不能以Y_2S_3、YS的形式存在;Y_2O_2S夹杂会被Y_2O_3夹杂所取代;同时,适量Y能将钢中有害的尖角状、5 um左右的Al_2O_3夹杂变质为球状、2 um的Y_2O_2S或Y_2O_3夹杂。通过对夹杂物进行分析比较可以得出,钢中加入适量稀土有利于提高钢的性能。     

25MnBM履带板用钢非金属夹杂物控制工艺研究

采用50 t电弧炉短流程生产25MnBM履带板用钢。研究了钢中TiN夹杂物的控制工艺及稀土对25MnBM钢中非金属夹杂物的影响。通过降低钢中氮含量至70×10^-6以下及优化连铸工艺,TiN夹杂物的数量及尺寸得到了大幅度的改善。通过添加稀土,研究稀土对25MnBM履带板用钢非金属夹杂物的影响,试验结果表明:按0.20～0.25 kg/t_钢加入稀土后,可使非金属夹杂物总面积减小,最大夹杂物尺寸和夹杂物平均尺寸减小,对钢起到了较好的净化作用。     

300t RH加铝后循环时间对IF钢中脱氧夹杂行为的影响

RH精炼过程加铝前IF钢（/%:≤0.005C,≤0.04Si,0.05~0.20Mn,≤0.015P,≤0.015S,0.03~0.06Als）中的氧含量为340×10^-6~467×10^-6,用Aspex扫描电镜研究了加铝后210 min钢中夹杂物类型、尺寸和数量,结果表明,IF钢在RH工序加铝脱氧后钢液中夹杂物的类型主要为氧化铝,随着RH循环时间的增加,钢液中夹杂物数量减少;加铝真空循环6 min后可进行合金化,进一步延长循环时间,钢液中夹杂物的去除速度减缓;加铝前IF钢液中的初始氧含量偏高时,可适当延长循环时间至8 min,再进行合金化。     

稀土对X70管线钢腐蚀行为的影响

试验用X70管线钢(/%:0.12C、0.20Si、1.60Mn、0.005P、0.005S、0.10V、0.10Nb、0～0.15RE)用10kg真空感应炉冶炼。采用电化学和失重分析法研究了微量稀土对X70管线钢在0.1 mol/L Na₂SO₄水溶液中的腐蚀行为。试验结果表明,微量稀土可降低管线钢腐蚀电流i_corr,改善腐蚀形貌。随着稀土加入量的增加,腐蚀电流减小,当钢中的RE含量由0增加至0.10%时腐蚀速率由7.43μg/(cm².day)降至0.29μg/(cm².day)。稀土的最适宜加入量是0.10%。     

稀土处理C-Mn钢显微组织和夹杂物演化

对稀土处理C-Mn钢的夹杂物和显微组织进行分析,统计稀土处理C-Mn钢中针状铁素体形核核心尺寸,并将稀土处理钢在不同温度下淬火,研究稀土夹杂物生成和长大过程.实验结果表明:C-Mn钢加入少量稀土后钢中夹杂物从MnS＋硅铝酸盐夹杂转变为La₂O₂S＋LaAlO₃＋MnS＋硅铝酸盐夹杂,尺寸得到细化,显微组织也从马氏体＋贝氏体组织变成侧板条铁素体、针状铁素体和块状铁素体组织;稀土处理C-Mn钢中针状铁素体有效形核核心的尺寸集中在1~4μm,主要是在钢液中形成,冷却和凝固过程形成的数量较少;稀土夹杂物在钢液温度和冷却及凝固过程容易碰撞黏合长大,上浮从钢液中去除,MnS能在稀土夹杂物颗粒间析出.      

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。     

稀土在轴承钢生产中的应用

稀土在钢中可起到脱氧脱硫的净化作用,控制夹杂物的变质作用,合金化作用等。本文通过石钢京诚生产稀土轴承钢的实际情况,验证稀土提高脱氧脱硫效果,降低夹杂物尺寸、数量,并改变夹杂物形状及成份的效果。随机抽取50炉普通轴承钢GCr15/GCr15SiMn与稀土轴承钢GCr15/GCr15SiMn,普通轴承钢O含量6.2×10~(-6)、最大夹杂物36.21μm、夹杂物面积占比0.022%,稀土轴承钢O含量5.7×10~(-6)、最大夹杂物8.96μm、夹杂物面积占比0.005%。通过对成份、气体、夹杂物数量及尺寸、夹杂物的构成进行对比,确定稀土轴承钢合适的稀土加入量,分析稀土对提高轴承钢纯净度、改善轴承钢性能的效果,以及稀土在轴承钢生产中工业应用情况。     

稀土元素对高铝钢夹杂物的影响

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。     

稀土对含铜锡铁素体不锈钢中非金属夹杂物的影响

为定量研究稀土元素对含铜锡铁素体不锈钢中变质夹杂物、净化钢液的作用,基于FactSage热力学软件最小吉布斯自由能原理,模拟计算不同稀土添加量条件下钢中夹杂物转变规律。同时,结合实验室小坩埚热模拟试验发现,随着稀土质量分数的增加,含锡铜铁素体不锈钢中Al_2O_3夹杂变质成硬度较低的CeAlO_3,MnS夹杂逐渐转变成CeS。钢中夹杂物逐渐转变为球状的稀土类夹杂,夹杂物尺寸为1~3μm,同时钢中夹杂物总量有所下降。当钢中稀土质量分数增加到0.057%时,CeAlO_3进一步转化成Ce_2O_3,钢中MnS也完全转变成CeS。然而,夹杂物尺寸、数量有所增加,反而使钢液进一步被污染。因此,从夹杂物控制角度考虑,试验钢中稀土最优添加量为0.035%。     

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     

稀土铈对22MnCrNiMo钢耐腐蚀性能的影响

为了研究稀土对系泊链钢耐蚀性能的影响,冶炼铈含量不同的稀土系泊链钢,利用稀土在钢中的有利作用,力求进一步提高系泊链钢的耐蚀性能。试验用22MnCrNiMo稀土钢由10 kg真空感应炉冶炼,热轧成17 mm板坯,经930 °C二次淬火加620 °C回火处理,通过质量法、极化曲线法和交流阻抗法研究铈对22MnCrNiMo钢耐腐蚀性能的影响。结果表明,添加稀土铈后,不同铈含量试验钢的抗腐蚀性能均有所提高,钢中铈的最佳质量分数为0.143%。此含量下,试验钢组织的均一性最佳,钢中夹杂转变为稳定性高的稀土类球状夹杂,使得试验钢在任一浸泡周期内的腐蚀速率均为最小,除锈后的腐蚀痕迹最轻;容抗弧半径达到最大,即反应电阻到达最大;阳极极化曲线位于其他试验钢阳极极化曲线的左边,即阳极电流密度变小,反应阻力增大。所以铈可以提高22MnCrNiMo钢耐腐蚀性能,当钢中铈的质量分数为0.143%时,试验钢的抗腐蚀性能表现最佳。     

铈对S32550双相不锈钢微观组织及冲击性能的影响

 双相不锈钢兼具奥氏体和铁素体不锈钢的优良性能,多用于船舶、化工、核反应等领域。为了进一步提高S32550双相不锈钢的力学性能和抗腐蚀性能,采用真空感应炉成功冶炼了S32550双相不锈钢,并研究了有无添加稀土铈对其锻造、轧制后的微观组织、夹杂物形貌及冲击性能的影响。结果表明,添加稀土铈可以细化组织晶粒,使形状分布不均匀的铁素体组织与奥氏体组织均匀化;改善夹杂物形貌分布大小,对有害夹杂MnS进行改质,降低硫含量,使多余硫元素与铈反应形成Ce₂O₂S、Ce₂S₂夹杂弥散分布在钢中;另外,添加稀土铈可以提高S32550双相不锈钢在室温和低温(-40、-20 ℃)下的冲击韧性,在低温下可出现韧窝带,降低冷脆效应对钢材的危害。     

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。     

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。     

Effects of rare earth on inclusions and corrosion resistance of 10PCuRE weathering steel

The types,morphologies and distributions of nonmetallic inclusions in Cu-P weathering steels with and without rare earth were analyzed through a quantitative image analyzer,scanning electron microscopy(SEM)and energy dispersive spectroscopy(EDS)attached to SEM.Solid-soluble content of rare earth in the steels was analyzed by non-aqua electroanalysis and ICP.The results showed that rare earth modified the types and the morphologies of inclusions in the weathering steels.The small spherical rare earth oxysulfides and rare earth sulphides replaced the elongated MnS inclusions in the RE weathering steels.The rare earth inclusions dispersedly distributed and most inclusions were smaller than 2 μm in size.The optimum content of RE was 0.0065%-0.016% for 10PCuRE weathering steels containing about0.002% oxygen and 0.004% sulfur.Solid-soluble content of rare earth in steels was(14-20)x 10-6,which can act as a micro-alloying element.The corrosion resistance of 10PCuRE weathering steels and Q235 were studied by dry-wet cyclic immersion test.Their corrosion rates were obtained respectively.The polarization curves and pitting corrosion behaviors of weathering steels with and without rare earth were measured by electrochemical methods.The corrosion resistance of Cu-P weathering steels was improved by adding an appropriate amount of rare earth.Less and fewer rare earth inclusions largely decreased pitting susceptibility and rate of pit propagation.The pitting potential and the resistance against pitting corrosion of the RE weathering steel were significantly improved due to the modification of rare earth to inclusions.     

非金属夹杂物对不锈钢耐点蚀性能影响的综述

摘要：首先,总结了3种常用的非金属夹杂物对不锈钢耐点蚀性能影响的研究方法,即原位腐蚀观察、微区电化学法、原子力显微镜。其次,总结了硫化物、氧化物、稀土夹杂物3种不同类型夹杂物对不锈钢耐腐蚀性能影响。随着硫化物含量的增多,不锈钢的耐点蚀性能会下降;对于氧化物的影响,目前的研究集中在氧化物的成分对不锈钢耐点蚀性能的影响。不同成分的夹杂物对不锈钢耐点蚀性能的影响机制还不是很清楚;稀土夹杂物对不锈钢点蚀的影响主要与稀土对不锈钢中夹杂物改性有关。而后,汇总了目前提出的夹杂物对不锈钢耐点蚀性能影响的机制,即贫Cr区机制、微缝隙机制、活性机制。贫Cr区机制主要用于解释硫化物引起的点蚀,后2种主要用于解释氧化物引起的点蚀。最后,提出了夹杂物控制提升不锈钢耐点蚀性能的展望。     

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。     

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.      

含钇E36船板钢夹杂物改性

为了研究钇对E36船板钢中夹杂物成分和形貌的影响,对钇处理后E36船板钢中典型夹杂物进行热力学计算,并通过扫描电镜及能谱仪对钇处理前后E36船板钢中夹杂物进行检测分析,观察典型夹杂物形态和尺寸。结果表明,未添加稀土钇的E36船板钢主要为长条状MnS夹杂物;添加稀土钇后,钢中夹杂物主要为球状或类球状的含钇复合夹杂物。当钢中钇质量分数为0.007 8%时,夹杂物主要为球状或类球状的Y₂O₂S夹杂物和Y₂O₃夹杂物;当钢中钇质量分数增加至0.037 7%时,夹杂物改性为球状或类球状Y₂O₂S夹杂物、YS夹杂物和Y₂O₃夹杂物。