高碳稀土钢的微观组织.pdf

第29卷第1期稀土V01．29．No．1
2008年2月ChineseRareEFebruary2008

高碳稀土钢的微观组织

刘承军，方磊，黄桂斌，王云盛2，陈建军2，李春龙2，姜茂发

(1．东北大学材料与冶金学院，辽宁沈阳110004；
2．包头钢铁(集团)有限责任公司技术中心，内蒙古包头014010)

摘要：通过真空感应炉模拟实验，结合金相分析，研究稀土对于高碳重轨钢奥氏体晶粒尺寸和珠光体片层间
距等的影响作用。研究表明，随着稀土含量的增加，高碳稀土钢的奥氏体晶粒尺寸显著减小，珠光体片层间距先逐
渐减小而后开始增大。在本实验条件下，当稀土含量大于0．0050％肘，奥氏体晶粒可控制在10／an左右，当稀土含
量为0．0061％时，高碳稀土钢的珠光体片层间距达到最小值，分别为0．19t．tm(xq~火)和O．26t-an(退火)。
关键词：稀土；高碳钢；重轨钢；奥氏体；珠光体
中图分类号：rig142．13文献标识码：A文章编号：1(X)4-0277(2008)01．0072．04

依托白云鄂博稀土铌铁矿资源，我国自行研制珠光体的片层间距。金相试样：根据需要采用不同
开发出具有良好力学性能和使用性能的BNbRE重的热处理工艺。、
轨钢[卜引。目前，关于稀土在钢中的作用机理，国内1．3研究方案
外的研究工作多集中于低碳钢，而对于稀土在高碳高碳稀土钢的成分设计如表1所示，其他成分
钢中的作用行为，研究成果则相对较少l5。J。为了和夹杂物控制水平均满足钢种要求。
进一步改善稀土重轨钢的综合性能，本文系统研究
了稀土对于高碳重轨钢微观组织的影响，从而为高表1高碳稀土钢成分设计／％(质量分数)
碳稀土钢成分优化提供理论依据。nIble1Chemicalcomposilionofhigh—carbon
REsteel(IIlaSs，％)
1研究方法

1．1试样制备
本课题以包头钢铁集团有限责任公司生产的
1574钢作为熔炼母料，在此基础上适当配加硅铁、锰
铁、铌铁、电极石墨、工业纯铁和稀土等，利用100kg
真空感应炉冶炼高碳稀土钢，然后采用750kg空气
锤锻造成75ram×75mm钢锭，最后采用小型轧机轧
制成24mm×180mm锻件。锻造和轧制之后均采用
空冷。
2结果与讨论
1．2检测分析方法
采用金相显微镜、扫描电镜、透射电镜等，观察2．I稀土对高碳钢奥氏体晶粒尺寸的影响
钢的微观组织。采用金相显微镜测定奥氏体的晶粒将高碳稀土钢试样置于高温炉内，随炉升温至
度，取3条直线上30个晶粒的平均尺寸为奥氏体的860~(2，保温40min后水冷，利用金相显微镜和扫描
晶粒度。采用扫描电镜测定珠光体的片层间距，取电镜观察其微观组织，并测定其在淬火条件下的奥
5个视野内15个区域里150组片层间距的平均值为氏体晶粒尺寸，如图1、图2所示。

收稿日期：2007．11．22
作者简介：刘承军(1974．)，男，河南新乡人，博士，副教授，主要研究方向为稀土任洁净钢中的应用。

第1期刘承军等：高碳稀土钢的微观组织73

(a)淬火组织；(b)轧态组织；(c)退火组织；(d)正火组织
图13高碳稀土钢的金相显微镜照片
Fig．1Metallographsof3lligh—carbonREsteel

图2是奥氏体晶粒尺寸与稀土含量的关系。由图在本实验条件下，稀土元素和铁元素的原子半
2可知，随稀土含量的增加，高碳钢的奥氏体晶粒尺寸径相差40％(镧原子的金属共价半径为0．1877nm，
显著减小，但当稀土含量大于0．005o％时，奥氏体晶粒铁原子的金属共价半径为0．1210nm)，溶解在晶内
可控制在10Wn左右。继续增加稀土含量，奥氏体晶粒造成的畸变能远大于偏聚在晶界处引起的畸变能，
无明显变化。这表明，在本实验条件下，微量的稀土即因此稀土主要通过空位扩散机制，偏聚于奥氏体晶
可实现对高碳钢奥氏体晶粒的细化作用。粒的界面处。由于稀土在晶界的偏聚，降低了晶界
能，减小了晶粒长大的驱动力，阻碍了奥氏体晶粒的
长大，从而可以细化奥氏体晶粒。

皇
i理论研究表明，钢的奥氏体晶粒尺寸还和凝固
过程中的形核率有关。稀土加入钢中，优先与钢中

昭的氧、硫等杂质元素发生反应，生成稀土氧化物、稀
蝗
出
鲴(土硫化物以及稀土氧硫化物等非金属夹杂物。
计算可知，初生7相的最密排面(111)在Ce203、
La203和Ce202S的(0001)面上形核的点阵错配度分
别为6．8％，8．O％和8．5％，相对较小(6％～12％之

图2奥氏体晶粒尺寸与稀土含量的关系间)。这说明Ce2O3，LO3和Ce2O2S能够成为凝固过
Fig．2Relationbetweengrainsizeofthe程的非均质形核的活性质点，使得了一Fe形核的核