稀土对钢中夹杂物的影响.doc

钢在冶炼、浇注中不可避免的会形成夹杂,钢中的夹杂物对材料性能的影响主要取决于夹杂物的形状、尺寸、类型、分布、数量以及与钢基体的结合方式等。夹杂物在钢中是以不同于基体金属的的额外相存在的,它能将完整的组织分割开,使钢中组织变得不均匀,影响材料最终的使用性能。一方面它同基体的弹性模量不同,当外加应力作用时夹杂物相当于基体缺陷,在其周围容易形成应力集中;另一方面,夹杂物的热膨胀系数与基体材料有不同,因而两者在冷却时收缩程度会有差异,容易在钢中形成较多的缩孔,降低材料抗疲劳性能。数量较多且分布混乱的夹杂物明显降低钢最终的使用性能,如韧性、塑性、焊接性和耐腐蚀性等,特别是沿晶界析出的夹杂和团簇状的Al₂O₃大夹杂对钢中组织和性能的破坏性更大。材料中夹杂物的形成机理主要是夹杂物先以异质点为核心独立形核、长大,同时在长大过程中,由于各个质点、元素表面活性不同,会发生相互吸引、靠拢,最终合并长成大尺寸的夹杂物。,观察照片看到,A试样中夹杂物形态主要以椭圆形和纺锤形存在,能谱仪的元素分析表明该夹杂物主要由S、O、Mn、Al等元素组成,进一步推断试验钢基体中夹杂物的MnS、Al₂O₃夹杂,此外可能还有含有Ti元素的夹杂物出现,推断可能以TiS、TiO的混合夹杂物。总之,照片中观察到的夹杂物并不是由单一的化合物组成,而是由MnS、Al₂O₃、TiS、TiO组成的复合夹杂物。研究显示,当钢中Mn含量较高时,硫化物夹杂主要是以MnS(或MnS和FeS)的形式存在。并按其特征可以分为以下三种:第一种是在含氧量较高的情况下形成,这种MnS夹杂在铸态中以球状分布,且加工塑性较低;第二种MnS夹杂沿晶界分布,在加工时容易沿着加工方向拉长;第三种MnS夹杂主要形成在加有过量铝(脱氧剂)的钢中,此时MnS会呈现复杂形状分布,这种夹杂加工时塑性较好。通常第二种MnS夹杂对材料的综合性能影响最大,因此,在钢中要尽量避免第二种MnS夹杂在晶界的分布。,观察发现,添加稀土后夹杂物发生明显变化,形态由原来的椭圆形和纺锤形变为近球形,另外能谱仪分析结果发现,原先存在的MnS、Al₂O₃和含Ti的一些夹杂物没有找到,转而代替的是稀土硫化物和稀土硫氧化物。稀土夹杂物在形成过程中首先是以先析出的熔点较高的氧化物、硫化物作为形核质点,稀土的活性很大,会有部分稀土逐渐吸附到这个硬质核心表面,另外,化学位梯度的存在,致使晶核与其周围存在的稀土原子产生浓度差,进一步加强了稀土元素的扩散,有利于稀土原子向硬质核心处移动,通过不断的吸引、靠拢、融合,最终形成稀土的氧硫化物。另外夹杂物的尺寸与稀土元素的聚集量有关,稀土元素越多,吸附的其他杂质元素就多,稀土元素少,吸附的其他元素也就越少。试验所用钢中的大部分稀土夹杂物由于稀土的量并不很多,于是夹杂物尺寸也比较合理。另外,细小且弥散的稀土夹杂物可以显著提高材料抗腐蚀性能,尤其对缓解点状腐蚀对材料性能破坏有显著效果。,国内外研究人员主要是针对夹杂物的种类、形貌、数量等研究较多,而对于夹杂物的分布特点最近几年研究比较少,文中利用水浴加热将试样用饱和苦味酸溶液侵蚀,显示奥氏体晶界后,在利用扫描电镜观察夹杂物,分析试样钢中夹杂物与奥氏体晶界位置关系。晶界在钢中处于