冷却速度对La脱氧钢中晶内铁素体形成的影响.pdf_大学文库

工程科学学报，第37卷，第2期：180-184,2015年2月 Chinese Journal of Engineering,Vol.37,No.2:180-184,February 2015 DOI:10.13374/j.issn2095-9389.2015.02.007:http://journals.ustb.edu.cn 冷却速度对L脱氧钢中晶内铁素体形成的影响李红科23》，宋波2)四，王利勇2)，胡春林12》，毛璟红 1)北京科技大学钢铁治金新技术国家重点实验室，北京1000832)北京科技大学治金与生态工程学院，北京100083 3)中钢集团吉林机电设备有限公司，吉林1320214)北京科技大学材料学与工程学院，北京100083 ☒通信作者，E-mail:songho(@metall..ustb.cdu.cn 摘要采用光学显微镜、带能谱的扫描电子显微镜等分析技术观察了不同冷速下L脱氧钢的显微组织，并绘制了静态连续冷却转变图.实验结果发现，在4~10℃·s的冷速范围内，钢中会有大量晶内铁素体形成，其中在8℃·s冷却时可以获得大量细小且弥散分布的晶内针状铁素体.La脱氧钢中含La夹杂物与cFe相有较低错配度，其中La202S夹杂物与Fe相的晶格错配度最小为0.2%，钢中含L夹杂物均可诱导晶内针状铁素体形核并可促进感生形核，进而细化组织关键词低合金钢：镧：冷却速度：铁素体：显微组织分类号TG142.13 Effect of cooling rate on intragranular ferrite formation in La deoxidized steel LI Hong-hc2.》,S0NGBo2,WANG Li与ong2,HU Chun--in.,MA0 Jing-hong” 1)State Key Laboratory of Advanced Metallurgy,University of Science and Technology Beijing.Beijing 100083,China 2)School of Metallurgical and Ecological Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 3)Sino-steel Jilin Electro-mechanical Equipment Co.,Ltd.Jilin 132021,China 4)School of Materials Science and Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China Corresponding author,E-mail:songbo@metall.ustb.edu.cn ABSTRACT The microstructures of La deoxidized steels obtained at different cooling rates were investigated by optical microscopy and scanning electron microscopy coupled to an energy dispersive X-ray spectrometer.The continuous cooling transformation diagram of the tested steel was also drawn in this paper.It is found that in the cooling rate range of 4 to 10Cs,intragranular ferrite can form in the steel.While at the cooling rate of 8Cs,the microstructure mainly consists of fine and dispersed intragranular acicular ferrite (IAF).The lattice disregistry between lanthanum-containing inclusions and a-Fe is small;especially,this value of LaOS is 0.2%. These kinds of inclusions can induce IAF nucleation and sympathetic nucleation,and also make grains refined. KEY WORDS low alloy steels:lanthanum:cooling rate:ferrite;microstructure 我国有极其丰富的稀土矿物资源，是世界稀土资有效诱导晶内铁素体形核析出，改善钢的组织和性能源储量和产量第一的稀土大国.稀土元素在钢中具有氧化物治金技术目前仍需探索新的具有奥氏体晶粒钉很强的脱氧和脱硫功能，可有效起到净化钢液、微合金扎和诱导晶内铁素体形核双重效果的颗粒切.La作化、变质夹杂物等作用，能显著提高钢的各项性能四. 为稀土元素中最活泼的一员，其各种性能与铈元素相氧化物治金2-四是利用钢中细小非金属夹杂物诱导晶近，但目前国内外对La氧化物治金研究甚少. 内铁素体形核(intragranular ferrite,IGF)细化晶粒，提晶内铁素体的形核与形核夹杂物的类型、尺寸、形高钢的强度和韧性的新技术.文彬等4-a对稀土Ce 状及奥氏体晶粒大小、冷却速率等因素均有密切关系，氧化物治金进行了研究，发现钢中含Ce复合夹杂可以一些文献中研究了利于晶内铁素体形成的冷却速度，收稿日期：2013-10-08 基金项目：国家自然科学基金资助项目(51274269)：中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(FRF-SD42010A)

工程科学学报，第 37 卷，第 2 期: 180--184，2015 年 2 月 Chinese Journal of Engineering，Vol． 37，No． 2: 180--184，February 2015 DOI: 10． 13374 /j． issn2095--9389． 2015． 02． 007; http: / /journals． ustb． edu． cn 冷却速度对 La 脱氧钢中晶内铁素体形成的影响李红科1，2，3) ，宋波1，2) ，王利勇1，2) ，胡春林1，2) ，毛璟红4) 1) 北京科技大学钢铁冶金新技术国家重点实验室，北京 100083 2) 北京科技大学冶金与生态工程学院，北京 100083 3) 中钢集团吉林机电设备有限公司，吉林 132021 4) 北京科技大学材料学与工程学院，北京 100083  通信作者，E-mail: songbo@ metall． ustb． edu． cn 摘要采用光学显微镜、带能谱的扫描电子显微镜等分析技术观察了不同冷速下 La 脱氧钢的显微组织，并绘制了静态连续冷却转变图．实验结果发现，在 4 ～ 10 ℃·s － 1的冷速范围内，钢中会有大量晶内铁素体形成，其中在 8 ℃·s － 1冷却时可以获得大量细小且弥散分布的晶内针状铁素体． La 脱氧钢中含 La 夹杂物与 α-Fe 相有较低错配度，其中 La2O2 S 夹杂物与 α-Fe 相的晶格错配度最小为 0. 2% ，钢中含 La 夹杂物均可诱导晶内针状铁素体形核并可促进感生形核，进而细化组织．关键词低合金钢; 镧; 冷却速度; 铁素体; 显微组织分类号 TG142. 1 + 3 Effect of cooling rate on intragranular ferrite formation in La deoxidized steel LI Hong-ke1，2，3) ，SONG Bo1，2)  ，WANG Li-yong1，2) ，HU Chun-lin1，2) ，MAO Jing-hong4) 1) State Key Laboratory of Advanced Metallurgy，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China 2) School of Metallurgical and Ecological Engineering，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China 3) Sino-steel Jilin Electro-mechanical Equipment Co．，Ltd．，Jilin 132021，China 4) School of Materials Science and Engineering，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China  Corresponding author，E-mail: songbo@ metall． ustb． edu． cn ABSTＲACT The microstructures of La deoxidized steels obtained at different cooling rates were investigated by optical microscopy and scanning electron microscopy coupled to an energy dispersive X-ray spectrometer． The continuous cooling transformation diagram of the tested steel was also drawn in this paper． It is found that in the cooling rate range of 4 to 10 ℃·s － 1，intragranular ferrite can form in the steel． While at the cooling rate of 8 ℃·s － 1，the microstructure mainly consists of fine and dispersed intragranular acicular ferrite ( IAF) ． The lattice disregistry between lanthanum-containing inclusions and α-Fe is small; especially，this value of La2O2 S is 0. 2% ． These kinds of inclusions can induce IAF nucleation and sympathetic nucleation，and also make grains refined． KEY WOＲDS low alloy steels; lanthanum; cooling rate; ferrite; microstructure 收稿日期: 2013--10--08 基金项目: 国家自然科学基金资助项目( 51274269) ; 中央高校基本科研业务费专项资金资助项目( FＲF-SD-12-010A) 我国有极其丰富的稀土矿物资源，是世界稀土资源储量和产量第一的稀土大国．稀土元素在钢中具有很强的脱氧和脱硫功能，可有效起到净化钢液、微合金化、变质夹杂物等作用，能显著提高钢的各项性能［1］．氧化物冶金［2 － 3］是利用钢中细小非金属夹杂物诱导晶内铁素体形核( intragranular ferrite，IGF) 细化晶粒，提高钢的强度和韧性的新技术．文彬等［4 － 6］对稀土 Ce 氧化物冶金进行了研究，发现钢中含 Ce 复合夹杂可以有效诱导晶内铁素体形核析出，改善钢的组织和性能．氧化物冶金技术目前仍需探索新的具有奥氏体晶粒钉扎和诱导晶内铁素体形核双重效果的颗粒［7］． La 作为稀土元素中最活泼的一员，其各种性能与铈元素相近，但目前国内外对 La 氧化物冶金研究甚少．晶内铁素体的形核与形核夹杂物的类型、尺寸、形状及奥氏体晶粒大小、冷却速率等因素均有密切关系．一些文献中研究了利于晶内铁素体形成的冷却速度

李红科等：冷却速度对L脱氧钢中晶内铁素体形成的影响 181 但对于不同成分的钢，所得的合适冷却速度存在差异. 体尺寸减小，沿晶界呈网状分布，此外组织中存在少量 Shim等阅在低碳钢中以8℃·s的冷却速度获得了富魏氏体和混晶组织，如图1(c)所示.冷速为10℃·s 含针状铁素体的组织：杨占兵等回在含T非调质钢时，组织中晶内铁素体含量明显减少，晶界铁素体含量中，在0.5~2.5℃·s冷速范围内，会有晶内铁素体析增加，且组织中存在少量混晶组织，如图1()所示. 出：尚德礼等@对T脱氧钢研究表明，在500~800℃ 冷速为15℃·s时，晶内铁素体进一步减少，贝氏体之间，以8~15℃·s速度冷却时，钢中会有大量针状开始增加，如图1(e)所示.冷速为30℃·s时，随着铁素体组织的形成冷速的增加铁素体基本消失，钢组织主要由大量羽毛 16Mn钢具有较高的强度、良好的低温韧性及焊接状贝氏体及少量托氏体组成，如图1()所示性能，是低合金钢中使用最广泛的钢种之一·但是，通 2试样在4~10℃·s冷速下组织如图2所示常这类钢的组织为铁素体一珠光体组织，如果能够采可明显看到，在相同冷速下1试样晶内铁素体含量均用氧化物治金技术将最终组织转变为针状铁素体组高于2试样，且2试样各冷速组织中晶粒粗大，均含织，将大大提高16Mn钢的强韧性及可焊性.本文研究有大量的魏氏体组织.魏氏组织是一种先共析转变组了La处理16Mn钢中冷却速度对晶内铁素体形成的织，在连续冷却时，只有在一定冷却速度下才能形成影响，以得到最佳冷却速度范围，为镧氧化物治金在钢虽然一般认为其存在对钢的抗拉强度影响不大，但却中的应用提供依据能明显降低钢的韧性.而La脱氧钢中含La复合夹杂实验方案物可诱导晶内铁素体形核，在冷却过程高温时可增加铁素体的形核位置促进晶内铁素体形成，细化奥氏体实验用钢在真空感应炉内冶炼，以16Mn钢为原晶粒抑制魏氏体组织形成料，加澜处理后浇注成6kg钢锭.具体成分如表1所通过对比相同冷速下1和2"试样组织可知，1试示，其中1试样为加镧脱氧钢试样，测得钢中镧的质样组织中魏氏体组织明显减少，且在合适冷速下有大量分数为0.013%：2试样为空白试样.钢锭经1200℃ 量晶内铁素体形核析出，随着冷却速度的逐渐增大，试开锻、900℃终锻，锻造成中18mm圆棒，然后空冷.为样组织中晶内铁素体的含量呈现先增加后减少的变化了研究试样在不同冷速连续冷却过程中的组织转变，规律，这是由于在不同冷速下过冷奥氏体的相变温度并进一步确定晶内铁素体析出的合适冷却条件，将试发生变化所致.由此可知，对于La脱氧钢如果想获得样加工成d4mm×10mm,用DL805A淬火变形膨胀仪大量晶内铁素体组织，需要严格控制冷却速度，从本实测定试样的连续冷却转变图.本实验的试样均以10 验可得最佳冷速范围为4~10℃·s,且在8℃·s冷 ℃·s的速度加热到1200℃后保温300s,然后按不同速时晶内铁素体的体积分数最大的冷速将试样冷却至室温.实验所选择的10个不同 2.2 钢的连续冷却组织转变分析的冷速分别为1、2、4、6、8、10、12、15、20和30℃·s1 根据实验所得膨胀曲线利用切线法找到各相变从分析试样的1/2处切开，经镶嵌、预磨和抛光后，用点，再结合不同冷速下的金相显微组织及其各组织的 4%硝酸乙醇溶液进行侵蚀，并在金相显微镜及扫描电显微硬度，绘制得到实验钢的连续冷却转变图，如图3 镜下观察其显微组织形貌所示.从图中可以明显看出，铁素体的开始转变温度表1实验钢化学成分（质量分数）总趋势是随着冷速增加逐渐降低的，快速冷却使奥氏 Table 1 Chemical composition of the tested steels % 体向铁素体转变开始温度降低，这就显著提高了铁素试样C Si Mn P S La Al T.O 体的形核率，同时温度降低又可限制晶界的运动能力， 10.170.351.350.0310.0310.013<0.0050.0042 降低其长大速率，最终细化铁素体晶粒.在冷却速度 20.170.371.350.0310.031 <0.0050.0081 较小时，钢的显微组织由晶界铁素体、块状铁素体和珠光体组成；冷速较高时，由于产生过高过冷度，组织中出现贝氏体：当在中等冷速范围4~10℃·s之间，有 2 实验结果与讨论大量晶内铁素体析出.这是因为当冷速合适时，过冷 2.1金相组织分析奥氏体相变在较低的温度下进行，而相变温度区间增 1“试样在不同冷速下获得的显微组织如图1所大四，这有利于晶内铁素体在原奥氏体晶内直接形核示.从图中可以看到，当冷速为1℃·s时，钢的显微或在原奥氏体晶内的有益夹杂物上形核组织主要是块状铁素体和珠光体组织，如图1(a)所 2.3含La夹杂物诱导晶内铁素体形核示.冷速为4℃·s时，组织主要由先共析铁素体+魏将1钢8℃·s冷速下的试样，经4%硝酸乙醇侵氏组织铁素体+托氏体的整合组织及少量晶内铁素体蚀后，在光学显微镜下观察L脱氧后夹杂物诱导晶内组成，如图1(b)所示.冷速为8℃·s时，组织主要为铁素体形核的情况，如图4所示.可以看出，在La脱大量晶内针状铁素体，块状铁素体基本消失，晶界铁素氧试样中存在许多由夹杂物诱导形核呈放射状分布的

李红科等: 冷却速度对 La 脱氧钢中晶内铁素体形成的影响但对于不同成分的钢，所得的合适冷却速度存在差异． Shim 等［8］在低碳钢中以 8 ℃·s － 1的冷却速度获得了富含针状铁素体的组织; 杨占兵等［9］在含 Ti 非调质钢中，在0. 5 ～ 2. 5 ℃·s － 1冷速范围内，会有晶内铁素体析出; 尚德礼等［10］对 Ti 脱氧钢研究表明，在 500 ～ 800 ℃ 之间，以 8 ～ 15 ℃·s － 1速度冷却时，钢中会有大量针状铁素体组织的形成． 16Mn 钢具有较高的强度、良好的低温韧性及焊接性能，是低合金钢中使用最广泛的钢种之一．但是，通常这类钢的组织为铁素体--珠光体组织，如果能够采用氧化物冶金技术将最终组织转变为针状铁素体组织，将大大提高 16Mn 钢的强韧性及可焊性．本文研究了 La 处理 16Mn 钢中冷却速度对晶内铁素体形成的影响，以得到最佳冷却速度范围，为镧氧化物冶金在钢中的应用提供依据． 1 实验方案实验用钢在真空感应炉内冶炼，以 16Mn 钢为原料，加镧处理后浇注成 6 kg 钢锭．具体成分如表 1 所示，其中 1# 试样为加镧脱氧钢试样，测得钢中镧的质量分数为0. 013% ; 2# 试样为空白试样．钢锭经1200 ℃ 开锻、900 ℃终锻，锻造成 18 mm 圆棒，然后空冷．为了研究试样在不同冷速连续冷却过程中的组织转变，并进一步确定晶内铁素体析出的合适冷却条件，将试样加工成 4 mm × 10 mm，用 DIL805A 淬火变形膨胀仪测定试样的连续冷却转变图．本实验的试样均以 10 ℃·s － 1的速度加热到 1200 ℃后保温 300 s，然后按不同的冷速将试样冷却至室温．实验所选择的 10 个不同的冷速分别为 1、2、4、6、8、10、12、15、20 和 30 ℃·s － 1 ．从分析试样的 1 /2 处切开，经镶嵌、预磨和抛光后，用 4% 硝酸乙醇溶液进行侵蚀，并在金相显微镜及扫描电镜下观察其显微组织形貌．表 1 实验钢化学成分 ( 质量分数) Table 1 Chemical composition of the tested steels % 试样 C Si Mn P S La Al T． O 1# 0. 17 0. 35 1. 35 0. 031 0. 031 0. 013 ＜ 0. 005 0. 0042 2# 0. 17 0. 37 1. 35 0. 031 0. 031 — ＜ 0. 005 0. 0081 2 实验结果与讨论 2. 1 金相组织分析 1# 试样在不同冷速下获得的显微组织如图 1 所示．从图中可以看到，当冷速为 1 ℃·s － 1时，钢的显微组织主要是块状铁素体和珠光体组织，如图 1 ( a) 所示．冷速为 4 ℃·s － 1时，组织主要由先共析铁素体 + 魏氏组织铁素体 + 托氏体的整合组织及少量晶内铁素体组成，如图 1( b) 所示．冷速为 8 ℃·s － 1时，组织主要为大量晶内针状铁素体，块状铁素体基本消失，晶界铁素体尺寸减小，沿晶界呈网状分布，此外组织中存在少量魏氏体和混晶组织，如图 1( c) 所示．冷速为 10 ℃·s － 1 时，组织中晶内铁素体含量明显减少，晶界铁素体含量增加，且组织中存在少量混晶组织，如图 1 ( d) 所示．冷速为 15 ℃·s － 1时，晶内铁素体进一步减少，贝氏体开始增加，如图 1( e) 所示．冷速为 30 ℃·s － 1时，随着冷速的增加铁素体基本消失，钢组织主要由大量羽毛状贝氏体及少量托氏体组成，如图 1( f) 所示． 2# 试样在 4 ～ 10 ℃·s － 1 冷速下组织如图 2 所示．可明显看到，在相同冷速下 1# 试样晶内铁素体含量均高于 2# 试样，且 2# 试样各冷速组织中晶粒粗大，均含有大量的魏氏体组织．魏氏组织是一种先共析转变组织，在连续冷却时，只有在一定冷却速度下才能形成．虽然一般认为其存在对钢的抗拉强度影响不大，但却能明显降低钢的韧性．而 La 脱氧钢中含 La 复合夹杂物可诱导晶内铁素体形核，在冷却过程高温时可增加铁素体的形核位置促进晶内铁素体形成，细化奥氏体晶粒抑制魏氏体组织形成．通过对比相同冷速下 1# 和 2# 试样组织可知，1# 试样组织中魏氏体组织明显减少，且在合适冷速下有大量晶内铁素体形核析出，随着冷却速度的逐渐增大，试样组织中晶内铁素体的含量呈现先增加后减少的变化规律，这是由于在不同冷速下过冷奥氏体的相变温度发生变化所致．由此可知，对于 La 脱氧钢如果想获得大量晶内铁素体组织，需要严格控制冷却速度，从本实验可得最佳冷速范围为 4 ～ 10 ℃·s － 1，且在 8 ℃·s － 1冷速时晶内铁素体的体积分数最大． 2. 2 钢的连续冷却组织转变分析根据实验所得膨胀曲线利用切线法找到各相变点，再结合不同冷速下的金相显微组织及其各组织的显微硬度，绘制得到实验钢的连续冷却转变图，如图 3 所示．从图中可以明显看出，铁素体的开始转变温度总趋势是随着冷速增加逐渐降低的，快速冷却使奥氏体向铁素体转变开始温度降低，这就显著提高了铁素体的形核率，同时温度降低又可限制晶界的运动能力，降低其长大速率，最终细化铁素体晶粒．在冷却速度较小时，钢的显微组织由晶界铁素体、块状铁素体和珠光体组成; 冷速较高时，由于产生过高过冷度，组织中出现贝氏体; 当在中等冷速范围 4 ～ 10 ℃·s － 1之间，有大量晶内铁素体析出．这是因为当冷速合适时，过冷奥氏体相变在较低的温度下进行，而相变温度区间增大［11］，这有利于晶内铁素体在原奥氏体晶内直接形核或在原奥氏体晶内的有益夹杂物上形核． 2. 3 含 La 夹杂物诱导晶内铁素体形核将 1# 钢 8 ℃·s － 1冷速下的试样，经 4% 硝酸乙醇侵蚀后，在光学显微镜下观察 La 脱氧后夹杂物诱导晶内铁素体形核的情况，如图 4 所示．可以看出，在 La 脱氧试样中存在许多由夹杂物诱导形核呈放射状分布的 · 181 ·

工程科学学报，第 37 卷，第 2 期图 1 1# 试样在不同冷速下的组织形貌． ( a) 1 ℃·s － 1 ; ( b) 4 ℃·s － 1 ; ( c) 8 ℃·s － 1 ; ( d) 10 ℃·s － 1 ; ( e) 15 ℃·s － 1 ; ( f) 30 ℃·s － 1 Fig． 1 Microstructures of Sample 1# at different cooling rates: ( a) 1 ℃·s － 1 ; ( b) 4 ℃·s － 1 ; ( c) 8 ℃·s － 1 ; ( d) 10 ℃·s － 1 ; ( e) 15 ℃·s － 1 ; ( f) 30 ℃·s － 1 晶内针状铁素体组织．并可看到在针状铁素体片条间又长出了新的针状铁素体，即针状铁素体的感生形核现象［12］．余圣甫等认为［13］晶内铁素体的感生形核是由于一次晶内铁素体在夹杂物上形核后有较高的界面能及高密度的位错，具有高的应力--应变能，促进了二次晶内铁素体形核长大．由于一次针状铁素体和感生形核二次铁素体均在原奥氏体晶内形核和长大，可使组织进一步得到细化．通过带能谱的扫描电子显微镜对夹杂物大小和组成对晶内铁素体形核的影响进行研究，结果如图 5 所示．从能谱图可看到形核夹杂的成分包含 La--S--O-- Al--Si 等元素．国内外许多对于诱发晶内铁素体形核的夹杂物的研究表明: 可诱导晶内铁素体形核的多是复相形式［14］．根据热力学计算及能谱成分分析可知，在本实验体系下的形核夹杂物应为 Al2O3 / SiO2外包 La2O2 S 及 MnS 复合夹杂物，其尺寸多在1 ～ 3 μm 之间．现关于非金属夹杂物诱发晶内铁素体形核机理的研究报道主要有如下几种: ( 1) 应力--应变能机理; ( 2) 惰性界面能机理; ( 3) 贫 Mn 区机理; ( 4) 最小错配度机理．尽管以上四种机理都可以解释某些晶内铁素体的形核现象，但是它们之间存在彼此矛盾的地方．本文根据 Bramfitt［15］针对不同晶格类型的物质间的匹配所提出的二维错配度计算模型，计算了在 1185 K ( γ→ α 转变开始温度) 时钢中含 La 夹杂物与 α-Fe 相的晶格错配度，计算公式如下式，计算结果如表 2 所示． δ ( hkl) s ( hkl) n = ∑ 3 i = 1 | ( d［uvw］i s cos θ) － d［uvw］i n | d［uvw］i n 3 × 100% ． ( 1) · 281 ·

·184… 工程科学学报，第37卷，第2期 400 300 200 100 6 10 能量keV 图5品内铁素体形核夹杂物的形貌与组成 Fig.5 Morphology and composition of inclusions as intragranular ferrite nucleation sites 促进感生形核现象细化组织，这种相互交叉、互锁连接 [6]Wen B,Song B,Pan N,et al.Effect of austenitizing temperature 的铁素体板条，能够更好提高钢材的强度和韧性a on microstructure in 16Mn steel treated by cerium.Int J Miner Metall Mater,2011,18(6)652 3结论 [7]Song Y,Wu G P,Wu T L.Application of oxide metallurgy tech- nique in improving microstructure and property of steel.China (1)La脱氧钢如果想获得大量晶内铁素体组织， Metall,2012,22(6):1 需要严格控制冷却速度，其最佳冷速范围为4~10℃· (宋宇，武国平，吴天礼.氧化物治金技术在改善钢材组织和 s',且在8℃·s冷速时晶内铁素体的体积分数最大性能中的应用.中国治金，2012,22(6)：1) 8] Shim J H,Cho Y W,Chung S H,et al.Nucleation of intragranu- 相较于原始样组织得到明显改善，并且可以有效减少 lar ferrite at Ti2O;particle in low carbon steel.Acta Mater,1999, 魏氏体组织形成. 47(9):2751 (2)根据晶格错配度机理，计算了钢中含La夹杂 [9]Yang Z B,Wang S,Wang F M,et al.Effect of cooling rate on 物与fe相的晶格错配度，其中La,0,S夹杂物与a- formation of intragranular ferrite in Ti-containing non-quenched Fe相的晶格错配度最小为0.2%，钢中含La夹杂物均 and tempered steel.Heat Treat Met,2008,33(6):24 可作为晶内铁素体的有效形核核心，促进其形成 (杨占兵，王森，王福明，等.冷却速度对含T非调质钢中品内铁素体形成的影响.金属热处理，2008,33(6)：24) (3)La脱氧钢中可获得较多细小、弥散分布的含 0o] Shang D L,Lu C F,Yii G W.Effect of cooling rate on the for- La复合夹杂物，通过控制合适的冷却速度，其可作为 mation of acicular ferrite in Ti deoxidized steel.Steelmaking, 晶内铁素体的异质形核核心诱导晶内铁素体形成，并 2009,25(4):54 可促使出现感生形核现象，具有形核效果的夹杂物一 (尚德礼，吕春风，于广文.冷却速度对下脱氧钢中针状铁般在1~3m之间. 素体形成的影响.炼钢，2009,25(4)：54) [11]Liu Y Q.Heat Treatment of Steel.Beijing:Metallurgical Industry 参考文献 Press,1981 (刘永铨.钢的热处理.北京：治金工业出版社，1981) 1]Huang M Z,Wang X M.The application of rare earth in the [12]Rick R A,Howell P R,Barritte G S.The nature of acicular fer- steel.Sci Technol Inf,2009(21):51 rite in HSLA steel weld metals.Mater Sci,1982,17 (3):732 (黄梦真，王晓梅.稀土在钢中的应用.科技信息，2009 [13]Yu S F,Yu Y C,Xie ML,et al.Effect of second thermal cycle (21):51) on intragranular ferrite.Trans China Weld Inst,2003,24(2): 2]Liu ZZ,Kuwabara M.Recent progress in oxide metallurgy tech- 89 nology and its application.Steelmaking,2007,23(3):7 (余圣甫，余阳春，谢明立，等.二次热循环对品内铁素体的 (刘中柱，桑原守.氧化物治金技术的最新进展及其实践.炼影响.焊接学报，2003,24(2)：89) 钢，2007,23(3)：7) [14]Zhu L G,Wu Y G,Han Y H.Progress on thermodynamics and B]Zhang D.Terasaki H,Komizo Y I.In situ observation of the for- dynamics research of oxide metallurgy technology.Hebei United mation of intragranular acicular ferrite at non-metallic inclusions in Unir Nat Sci Ed.2013,35(2):39 C-Mn steel.Acta Mater,2010,58(4)1369 (朱立光，吴耀光，韩毅华.氧化物治金技术的热力学及动 [4]Wen B.Song B,Pan N,et al.Effect of cerium on inclusions and 力学研究进展.河北联合大学学报：自然科学版，2013,35 microstructure of 16Mn steel.J Chin Rare Earth Soc,2010,28 (2):39) (6):733 5] Bramfitt B L.The effect of carbide and nitride additions on the (文彬，宋波，潘宁，等.铈对16M钢中夹杂物和组织的影 heterogeneous nucleation behavior of liquid iron.Metall Trans, 响.中国稀土学报，2010,28(6)：733) 1970,1(7):1987 [5]Wen B.Song B.Pan N,et al.Influence of Ce on characteristics [16]Tomita Y,Saito N,Tsuzuki T,et al.Improvement in HAZ of inclusions and microstructure of pure iron.J Iron Steel Res Int, toughness of steel by TiN-MnS addition.IS/J Int,1994,34 2011,18(2):38 (10):829

工程科学学报，第 37 卷，第 2 期图 5 晶内铁素体形核夹杂物的形貌与组成 Fig． 5 Morphology and composition of inclusions as intragranular ferrite nucleation sites 促进感生形核现象细化组织，这种相互交叉、互锁连接的铁素体板条，能够更好提高钢材的强度和韧性［16］． 3 结论 ( 1) La 脱氧钢如果想获得大量晶内铁素体组织，需要严格控制冷却速度，其最佳冷速范围为 4 ～ 10 ℃· s － 1，且在 8 ℃·s － 1冷速时晶内铁素体的体积分数最大．相较于原始样组织得到明显改善，并且可以有效减少魏氏体组织形成． ( 2) 根据晶格错配度机理，计算了钢中含 La 夹杂物与 α-Fe 相的晶格错配度，其中 La2O2 S 夹杂物与 α- Fe 相的晶格错配度最小为 0. 2% ，钢中含 La 夹杂物均可作为晶内铁素体的有效形核核心，促进其形成． ( 3) La 脱氧钢中可获得较多细小、弥散分布的含 La 复合夹杂物，通过控制合适的冷却速度，其可作为晶内铁素体的异质形核核心诱导晶内铁素体形成，并可促使出现感生形核现象，具有形核效果的夹杂物一般在 1 ～ 3 μm 之间．参考文献［1］ Huang M Z，Wang X M． The application of rare earth in the steel． Sci Technol Inf，2009( 21) : 51 ( 黄梦真，王晓梅．稀土在钢中的应用．科技信息，2009 ( 21) : 51) ［2］ Liu Z Z，Kuwabara M．Ｒecent progress in oxide metallurgy technology and its application． Steelmaking，2007，23( 3) : 7 ( 刘中柱，桑原守．氧化物冶金技术的最新进展及其实践．炼钢，2007，23( 3) : 7) ［3］ Zhang D，Terasaki H，Komizo Y I． In situ observation of the formation of intragranular acicular ferrite at non-metallic inclusions in C--Mn steel． Acta Mater，2010，58( 4) : 1369 ［4］ Wen B，Song B，Pan N，et al． Effect of cerium on inclusions and microstructure of 16Mn steel． J Chin Ｒare Earth Soc，2010，28 ( 6) : 733 ( 文彬，宋波，潘宁，等．铈对 16Mn 钢中夹杂物和组织的影响．中国稀土学报，2010，28( 6) : 733) ［5］ Wen B，Song B，Pan N，et al． Influence of Ce on characteristics of inclusions and microstructure of pure iron． J Iron Steel Ｒes Int， 2011，18( 2) : 38 ［6］ Wen B，Song B，Pan N，et al． Effect of austenitizing temperature on microstructure in 16Mn steel treated by cerium． Int J Miner Metall Mater，2011，18( 6) : 652 ［7］ Song Y，Wu G P，Wu T L． Application of oxide metallurgy technique in improving microstructure and property of steel． China Metall，2012，22( 6) : 1 ( 宋宇，武国平，吴天礼．氧化物冶金技术在改善钢材组织和性能中的应用．中国冶金，2012，22( 6) : 1) ［8］ Shim J H，Cho Y W，Chung S H，et al． Nucleation of intragranular ferrite at Ti2O3 particle in low carbon steel． Acta Mater，1999， 47( 9) : 2751 ［9］ Yang Z B，Wang S，Wang F M，et al． Effect of cooling rate on formation of intragranular ferrite in Ti-containing non-quenched and tempered steel． Heat Treat Met，2008，33( 6) : 24 ( 杨占兵，王森，王福明，等．冷却速度对含 Ti 非调质钢中晶内铁素体形成的影响．金属热处理，2008，33( 6) : 24) ［10］ Shang D L，Lü C F，Yü G W． Effect of cooling rate on the formation of acicular ferrite in Ti deoxidized steel． Steelmaking， 2009，25( 4) : 54 ( 尚德礼，吕春风，于广文．冷却速度对 Ti 脱氧钢中针状铁素体形成的影响．炼钢，2009，25( 4) : 54) ［11］ Liu Y Q． Heat Treatment of Steel． Beijing: Metallurgical Industry Press，1981 ( 刘永铨．钢的热处理．北京: 冶金工业出版社，1981) ［12］Ｒick Ｒ A，Howell P Ｒ，Barritte G S． The nature of acicular ferrite in HSLA steel weld metals． J Mater Sci，1982，17( 3) : 732 ［13］ Yü S F，Yü Y C，Xie M L，et al． Effect of second thermal cycle on intragranular ferrite． Trans China Weld Inst，2003，24( 2) : 89 ( 余圣甫，余阳春，谢明立，等．二次热循环对晶内铁素体的影响．焊接学报，2003，24( 2) : 89) ［14］ Zhu L G，Wu Y G，Han Y H． Progress on thermodynamics and dynamics research of oxide metallurgy technology． J Hebei United Univ Nat Sci Ed，2013，35( 2) : 39 ( 朱立光，吴耀光，韩毅华．氧化物冶金技术的热力学及动力学研究进展．河北联合大学学报: 自然科学版，2013，35 ( 2) : 39) ［15］ Bramfitt B L． The effect of carbide and nitride additions on the heterogeneous nucleation behavior of liquid iron． Metall Trans， 1970，1( 7) : 1987 ［16］ Tomita Y，Saito N，Tsuzuki T，et al． Improvement in HAZ toughness of steel by TiN--MnS addition． ISIJ Int，1994，34 ( 10) : 829 · 481 ·