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。     

热处理和稀土Ce对AZ91D合金性能的影响

研究了热处理和稀土Ce共同作用对AZ91D镁合金组织和性能的影响。结果表明,AZ91D镁合金中加入稀土Ce后,生成了杆状化合物Al4Ce,且网状分布的β-Mg17Al12相变成弥散化分布。随稀土Ce含量的增加,AZ91D镁合金的力学性能和耐蚀性能提高。经T4和T6热处理,杆状化合物Al4Ce的形貌保持不变。T6处理后,加入了稀土Ce合金的力学性能和耐蚀性能比铸态AZ91D镁合金的力学性能和耐蚀性能显著提高。     

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%。     

稀土对A572.Gr65钢夹杂物及低温冲击性能的影响

为了研究不同含量混合稀土(Ce/La)对A572.Gr65钢低温冲击性能的影响,对A572.Gr65钢在-40 ℃和-60 ℃下进行低温冲击试验,并使用OM观测显微组织,利用SEM结合EDS观测夹杂物及断口形貌并检测其化学成分。结果表明,稀土可以明显变质A572.Gr65钢中夹杂物,将不规则的Al₂O₃和Al₂O₃-CaO夹杂物变质为球状稀土夹杂物;夹杂物尺寸由5 μm减小至不足2 μm。加入稀土后钢的低温冲击性能有明显提升,当稀土含量达到0.0057%时,-40 ℃冲击吸收能量由未添加稀土的317.4 J升至343.6 J,提升了8.2%;-60 ℃冲击吸收能量由未添加稀土的288.0 J升至328.1 J,提升了13.9%。     

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。     

Ce对00Cr17不锈钢冲击韧性及475 ℃脆性的影响

利用冲击试验、扫描电镜和透射电镜观察研究了不同稀土Ce含量对00Cr17钢冲击韧性及475 ℃脆性的影响.结果表明,随着钢中Ce含量的增加,00Cr17钢的横向和纵向冲击韧性均先增加后减少,在含0.02%Ce时最大.冲击韧性的改善是由于稀土Ce的加入改变了钢中非金属夹杂的形貌和类型.随着475℃时效时间的增加,不同Ce含量的00Cr17钢的冲击韧性均逐渐减小,并最终趋于零,呈现完全脆性断裂.但在475℃时效时间小于196 h时,含Ce钢的冲击韧性高于不舍Ce的钢,即减缓00Cr17钢的475 ℃脆化速度,这是由于稀土Ce的加入抑制了钢中α'相的析出.     

稀土Ce含量对AZ91D镁合金组织和性能的影响

研究了稀土Ce对AZ91D镁合金的显微组织、力学性能、腐蚀性能和磨损性能的影响。结果表明,向AZ91D镁合金中加入稀土Ce,出现了杆状化合物Al4Ce相,并提高了合金的室温力学性能。当稀土加入量为0.7%时,合金的抗拉强度和伸长率由117.4 MPa和4.0%提高至138.87 MPa和6.5%。进一步提高稀土含量,杆状化合物Al4Ce变得粗大,合金力学性能下降。AZ91D镁合金中加入稀土Ce可提高其耐蚀性,加入0.7%Ce的AZ91D镁合金的耐蚀性能提高了87%,当稀土Ce含量进一步提高时,AZ91D镁合金中的耐蚀性又变差。向AZ91D镁合金中加入稀土Ce,其耐磨性能也得到提高,当稀土Ce含量为1.0%时,合金耐磨性能最优,但只是略高于稀土Ce含量为0.7%时合金的耐磨性。综合本研究结果,稀土Ce的最佳加入量为0.7%。     

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。     

H13热作模具钢的变质处理与性能研究

在H13热作模具钢中添加了不同含量的稀土Ce,研究了Ce含量对模具钢室温力学性能、耐磨性能和冲击性能的影响,并对冲击断口形貌进行了观察。结果表明,稀土Ce有助于提高H13模具钢的洛氏硬度、室温拉伸性能、耐磨性能和冲击韧性;随着Ce含量的增加,H13模具钢的洛氏硬度、室温拉伸性能、耐磨性能和冲击韧性呈现先增加而后减小的特征,在Ce含量为0.34%时取得最大值。     

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。     

稀土Ce对C-Mn低温钢强韧性的影响机制

针对工业生产的C-Mn低温钢,研究稀土Ce加入量0、6、9和13μg/g对钢材强度和低温韧性的影响。通过拉伸试验和冲击试验,并结合扫描电镜对不同稀土Ce含量下试样断口形貌-夹杂物进行分析观察。结果表明:随着稀土Ce含量的增加,C-Mn低温钢的屈服强度和抗拉强度呈缓慢增加的趋势,而延伸率呈先增大后减小的趋势,并且发现当稀土Ce为9μg/g时,产品的强-塑性最佳。当稀土Ce加入量为9μg/g时,获得了最优的低温韧性,主要原因为适量稀土Ce的加入,有效改质夹杂物,形成细小含Ce稀土夹杂物,增强低温环境下钢的抗断裂能力。此外,还对比了添加9μg/g(±1μg/g)Ce与0μg/g Ce工业规模化生产同规格钢带–40℃的低温韧性,发现含9μg/g Ce钢带的冲击功比0μg/g Ce的能提高10 J左右。     

稀土铈对5CrNiMo钢组织与冲击韧度的影响

研究在5CrNiMo热作模具钢中分别加入4种不同含量稀土Ce后,对组织和冲击韧度的影响,并在相同的热处理工艺条件下,与不添加稀土Ce的5CrNiMo钢进行对比.结果表明,稀土Ce加入量在适当的范围内能起到细化晶粒的作用,同时能够显著提高5CrNiMo钢的冲击韧度.     

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。     

稀土对B级钢组织和低温韧性的影响

研究不同稀土含量对摇枕、侧架用B级钢组织和低温韧性的影响,并在相同的热处理条件下,与不加稀土的实验钢进行对比。结果表明,稀土可以细化钢组织,在稀土含量低于0.3%时,随着稀土含量增加,实验钢组织细化效果增强,当稀土含量高于0.3%时,细化组织效果减弱,组织不均匀性增强;随着稀土含量增加,实验钢中夹杂物形态改善、数量明显减少;与未加入稀土实验钢相比,加入稀土后实验钢-60℃冲击吸收功提高,当稀土含量不高于0.3%时,随着稀土含量增加,-60℃冲击吸收功增加,当稀土含量高于0.3%时,-60℃冲击吸收功降低。     

Nd和Ce对AZ91镁合金组织和力学性能的影响

利用SEM和XRD等方法研究了总含量为2.5%的单独或复合加入Nd和Ce的AZ91镁合金的铸态显微组织和相组成,并测试和分析了合金的室温力学性能.结果表明,单独加Nd和单独加Ce的AZ91合金中形成的稀土相分别是块状的Al2Nd相和针状的Al11Ce3相,二者混合加入时两种稀土相同时出现,两种稀土相的相对含量与两种RE元素的相对含量相关.当混合加入Nd和Ce时,合金的Al2Nd相中的部分Nd和A11Ce3相中的部分Ce分别被Ce和Nd置换;Nd和Ce的加入可以明显改善AZ91合金的力学性能,其原因与稀土相消耗基体中部分Al、RE的晶粒细化、弥散强化等有关.其中AZ91+1.0Nd+1.5Ce合金的力学性能最好,其铸态合金的抗拉强度和伸长率分别达到240 MPa和11%.     

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。     

稀土Ce对船用双相不锈钢S32550力学性能的影响

通过真空感应炉冶炼S32550试验钢,经锻造、轧制后进行拉伸与冲击试验。试验结果表明试验钢拉伸断口形貌均为韧性断裂,其中稀土含量为0.03%表现出较好的韧性,添加稀土的试验钢其室温冲击功均高于未添加稀土的试验钢,说明稀土的加入改善了其冲击韧度。研究表明添加适量稀土可改善钢的力学性能。     

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。     

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。