钢中稀土元素与低熔点杂质元素砷的作用规律研究

在炼钢过程中尚无有效去除及控制低熔点元素砷的可行方法及工艺。电炉炼钢原料- - 废钢中低熔点元素砷的含量呈增加趋势。低熔点元素在钢中易于产生偏析，可因热脆导制材料报废，或因低温回火脆性使材料在服役过程中失效，常可带来灾难性的财产及生命损失。根据稀土元素能与低熔点元素砷生成稳定的高熔点化合物以及稀土元素与低熔点元素砷均易于在晶界发生偏聚等性质；通过在含有低熔点元素砷的钢铁中添加不同浓度的稀土金属，研究在炼钢温度范围内钢铁中稀土元素与低熔点元素砷交互作用的规律，热处理温度和时间对钢铁中稀土元素与低熔点元素砷生成高熔点化合物的影响,不同热处理条件下，钢铁中稀土元素对低熔点元素砷沿晶偏析的影响，钢铁中稀土元素对砷所引起的低温回火脆性的影响，稀土元素对含有低熔点元素砷钢的力学性能的影响等。

分别采用真空高频感应熔炼法和H08钢缸体密闭熔渗法实验研究了铈和镧与砷之间的交互作用，应用光学显微镜、扫描电镜、电子探针、X射线衍射分析仪等测试分析方法，研究了各熔炼试样和各熔渗试样的生成物和析出相，通过拉伸和冲击实验，研究了稀土元素对含砷钢力学性能的影响；主要结论如下：.1) 钢中铈、砷含量较高的条件下，化合物CeAs和Ce2Fe17相可在钢中生成或析出，随机分布于钢中；.2) H13钢中砷含量过高，可明显降低钢材的塑性和韧性；固溶于H13钢中的铈具有抑制晶粒长大的作用；含砷H13钢添加微量铈，可明显抑制砷对钢材性能的危害，改善钢的塑性和韧性。.3) 铈砷原子比为1比2时，CeAs二元化合物是As-Ce-Fe系在1173K时的主要作用产物；高温时溶解于铁中的砷原子可在退火条件下共晶析出Fe2As化合物；此外，在明视场中呈灰色的高温生成物可能为Ce12Fe57.5As41三元化合物；保温时间较短的9#试样中存在有较多的Ce12Fe57.5As41三元化合物。.4) 铈砷原子比为2比3时， As-Ce-Fe系在1173K时的主要作用产物与铈砷原子比为1比2时相同；主要差异为试样中存在的Ce12Fe57.5As41三元化合物很少。.5) 铈砷原子比为2比1时，CeAs和Fe2Ce二元化合物是As-Ce-Fe系在1173K时的主要作用产物，同时有一定量的Ce4As3和Fe17Ce2生成，并有残余金属铈存在；随高温作用时间的延长，Fe2Ce和Fe17Ce2的生成量相应增加，在H08钢基体区域可生成连续的层状深灰色Fe17Ce2金属间化合物和层状的Fe2Ce灰色化合物。.6) 铈砷原子比为3比2时， As-Ce-Fe系在1173K时的主要作用产物按生成量依次为：Fe2Ce、CeAs、Fe17Ce2、Ce4As3化合物。.7) 铈砷原子比为1比3时，三元化合物Ce12Fe57.5As41是As-Ce-Fe系在1173K和1223K时的主要作用产物；高温时溶解于铁中的砷原子可在退火条件下共晶析出Fe2As化合物；此外，尚有少量CeAs二元化合物呈颗粒状弥散分布于Ce12Fe57.5As41三元化合物中。.8) 镧砷原子比为1比3时，三元化合物La10Fe50As40是As-La-Fe系在1173K和1223K时的主要作用产物。