稀土元素在热处理钢中的作用

D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1984.03.006 北京钢铁学院学报 1984年第3期 稀土元素在热处理钢中的作用 材料系囊守华吴承建 摘要 本文讨论了稀土元素在铁和钢中的合金化作用。稀土元素在铁中的固溶度很 小，但有强烈的晶界偏聚的倾向。它们影响到钢中的相变，也影响到转变产物的形 貌，特别是与晶界性质密切相关的那些性能。 前 言 稀土元素包括周期表中第四周期原子序数为21的钪(Sc)，第五周期原子序数为39的 钇(Y)和第六周期从原子序数57到71的镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷 (Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒 (Er)、铥(Tu)、镱(Yb)、和镥(Lu)等17个IB族元素。它们具有相似的电子层 结构，在外面的d和S层都有3个价电子。17个元素中有12个在4S层没有完全充满。因而它们 具有相似的化学、物理性质。它们在矿石中往往是共生的，提炼时不易分离。在冶金工业应 用中经常以混合稀土元素状态应用。 在20世纪初，人们就开始探素稀土元素在钢中的作用，至今已积累了不少数据和资料， 但是其中有些出入较大，甚至互相矛盾。一般公认，适量的稀土元素加入钢中可以提高钢的 延性和韧性，减小其冷脆性和热脆性，降低高温蠕变速率，增加室温疲芳寿命，改善其耐腐 蚀性和高福抗氧化性。稀土元素在钢中的应用无疑是大有希望的。 稀土元素在钢中的行为 稀土元素在钢中的作用可以归结为三个主要方面：1.变质作用，2.净化作用及3.合金化 作用。前两点已被公认，对第三点仍多争议。然而对热处理工作者来说，合金化作用远比前 两点值得重视。本文将着重评述稀土元素在钢中合金化的作用，以及由其引起的性能改变。 在讨论稀土元素在钢中合金化作用以前，有必要简要地提一下它们的净化作用和变质作 用。 稀土元素在钢中的净化作用。从热力学计算得出的稀土化合物标准生成自由焓】，显 示了稀土元素与周期表中VA族的碳、锡、铅，VA族的氨、砷、锑及MA族的氧、硫等有强 的亲和力。稀土元素加入钢液中首先迅速地与氧起反应形成氧化物。若希望用稀土元素来脱 硫和控制硫化物形貌，则首先应把钢液很好地脱氧。稀土元素比铁和锰，与硫有较强的亲和 42

北 京 钢 铁 学 院 学 报 年 第 期 一一一一 闷 一 一 闷 ， ， 州 晌， 稀土元素在热处理钢中的作用 材 料系 守华 吴承 建 摘 要 本 文讨论 了 稀 土元 素在 铁 和 钢 中的 合 金化作用 。 稀 土元 素在铁 中的 固溶度 很 但 有 强 烈的晶界偏 聚 的倾 向 。 它们 影 响到钢 中的相 变 ， 也影 响到转变产 物的形 特别 是与晶界性质 密切相 关 的那 些性 能 。 小貌 前 一 口 稀 土 元 素包括 周 期 表中 第 四 周 期原子 序 数为 的 抗 ， 第五 周 期原子序 数 为 的 忆 和 第六周 期从 原子序 数 到 的 翎 、 饰 、 错 、 钦 、 枢 、 衫 、 铺 、 全 、 锹 、 摘 、 钦 、 饵 、 饪 、 镜 、 和 糟 等 个 族 元 素 。 它们 具有相似的 电子层 结 构 ， 在外 面的 和 层 都 有 个价 电子 。 个元 素中有 个 在 层 没有完全 充满 。 因而它们 具有相 似的 化学 、 物 理性质 。 它们 在犷石 中往往 是共生的 ， 提 炼时不 易分 离 。 在 冶金 工业 应 用 中经常 以混合 稀 土元素状 态 应用 。 在 世 纪 初 ， 人们就 开 始探索稀 土 元 素 在钢 中的 作用 ， 至 今已 积 累 了不 少数据和 资料 ， 但是 其 中有 些 出入较大 ， 甚 至 互相 矛盾 。 一般 公认 ， 适 量的 稀 土 元素加 入钢 中可 以提 高钢的 延性 和 韧性 ， 减小 其冷脆性 和 热 脆性 ， 降低 高温蠕变 速 率 ， 增加 室温 疲 劳寿命 ， 改善 其耐腐 蚀性和 高温 抗 氧化性 。 稀 土 元 素在钢 中的 应 用无 疑 是大有希望的 。 稀 土 元 素在钢 中的行为 稀 土 元 素在钢 中的 作用可 以归 结 为三个 主 要方 面 变质 作用 ， 净化作用 及 合 金 化 作用 。 前 两点 已 被 公 认 ， 对 第三点仍多争议 。 然而对热处理 工作者来说 ， 合 金 化作用 远比前 两点值 得重 视 。 本文将 着 重评 述稀土 元 素在钢 中合金 化的 作用 ， 以 及 由其 引起的 性能 改变 。 在讨论稀 土 元 素在钢 中合 金 化作用 以前 ， 有必 要 简要地提一下它们的 净化作用 和 变质作 用 。 稀土 元 素在钢 中的 净 化作用 。 从热力学计算得 出的 稀土 化合 物标 准生成 自由烩 〔 ’ ， 显 示 了稀 土 元素与周 期表 中 族的 碳 、 锡 、 铅 ， 族 的 氮 、 砷 、 锑及 班 族的 氧 、 硫等有强 的 亲和力 。 稀 土 元 素加入钢 液 中首 先迅速地 与氧起反应形 成氧化物 。 若 希望用稀 土元 素来脱 硫 和控 制 硫化物形 貌 ， 则 首先应把钢 液很好地 脱氧 。 稀土元 素比 铁 和锰 ， 与硫有较 强的 亲和 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1984．03．006

力。它们加入钢液中改变了硫化物的成分、类型与结构。稀土化合物中在稳定性方面紧接着 物是硫化物和氧硫化物。它们具有高熔点，在热变形以后仍保持球状。稀士元 硫化锰中降低其塑性，把条状的硫化锰夹杂变成纺锤状的稀土硫化物和硫氧化物。硫化物形 貌的变化可以改善热轧产品的横向塑性和韧性，减小其各向异性。稀土元素加入钢中与低熔 点的碑、锑、锡、铅、铋等元素作用，形成高熔点的金属间化合物，从而可以消除由这些微 蛩杂质元素所引起的钢的热脆倾向，提高钢的热塑性和高温强度。 稀土元素对钢中铸造组织的变质作用。稀土元素通过在钢液中复杂的物理化学过程，改 变钢的凝固过程和铸造组织。它们与钢液反应，形成微细质点，在凝固过程中作为非自发形 核核心，加速凝固过程。稀土元素是表面活性元素，它们吸附在正在长大的固态晶核表面， 形成薄膜，1碍了品体生长所需的原子供应，从而降低了晶体长大速案。由于以上原因，钢 液中加入微量稀土元素后，使凝固过程获得高的形核速率和低的晶体长大速率，从而细化了 钢的铸态组织，即细化的树枝状晶体与晶臂[】【]，柱状晶的生长被抑制【，进而减少枝 晶偏析【2！及区域偏析。 稀土元素在钢中的合金化作用 一、稀土元素在铁及铁碳合金中的状态 Fe-La和Fe-Ce的二元相图见图1【]和图2t1。镧和铈在铁中的固溶度在不同研究者 之间有很大出入。Haefting和Dan nel刊认为La在共晶温度(785℃)a-Fe中的固溶度不超 过0.2%（重量）。Richerd【用金相法据外推得到La在a-Fe中的固溶度在0.085~0.090% (重量)。 Jepson和Du wezI!确定在8I5~1015t范围Ce在铁中的固溶度约0.4%（重量），'Ric herd i81估计在600℃Ce在a-Fe中固溶度约0.35~0.40%。近期韩其勇等I11应用同位素 La%(wt) 141Ce发现在五种不同钢中 20 40 60 70 80 90 Ce在基体中的量不超过0.05 1800 %。李平安等1】在真空 熔炼的高纯Fe-Ce合金中 1600 1539° Ce在a-Fe中的周溶度约 1460° 1400 0.07%。很明显，La和Ce 1390°1400 在a-Fe中的同溶度是极低 的。其他稀土元素在铁中的 1200￥ ·溶度见文献1。 1000 Fe-La系没有发现金属 02 900° 920 888 间化合物。Fe和Ce形成稳定 800 785 的化合物CeFe2、Ce,Fe:7 介稳化合物CeFe,【; 600 Mag' 11 稀士：元紫与碳有较大的 400 Fe 10 20 30 40 5060 70 80 90 亲和力，但用0.1~0.2%稀 La%(at) 土金属加入钢液中处理的钢 图1铁一钢相图【1 43

喊 力 。 它们加入 钢 液 中改变 了硫 化物的成分 、 类型 与结构 。 稀 士 化合物 中在 稳定性方 面 紧接着 ，散化物是 硫 化物 和氧 硫化物 。 它们 具有高熔点 ， 在热变 形以后 仍保持 球状 。 稀 土元 素溶解在 硫 化锰 中降低 其塑 性 ， 把 条状 的 硫 化锰 夹 杂变成 纺锤抹的 稀 土 硫化物和 硫氧 化物 。 硫 化物形 貌的 变 化可 以 改善热轧产 品的 横向塑性 和韧性 ， 减 小其咨向异性 。 稀土 元 素加 入 钢 中与低熔 点的 砷 、 锑 、 锡 、 铅 、 秘等元 素作用 ， 形 成高熔点 的 金属间 化合物 ， 从而可 以 消除由这 些微 量 杂 质 元素所 引起的 钢 的 热脆倾向 ， 提 高钢 的 热塑 性和高温强度、 稀 土 元 素对钢 中铸造组织的 变质 作用 。 稀 土 元 素通 过 在钢液 中复杂的 物 理 化学过程 ， 改 变钢 的 凝 固过程 和铸造组织 。 它们与钢液反 应 ， 形 成微 细质点 ， 在凝 固过程 中作 为非 自发形 核核心 ， 加 速 凝 固 过程 。 稀土元 素是 表面活性元 素 ， 它 们 吸 附 在正在长 大的 固态 晶核表面 ， 形 成薄膜 ， 阻 碍 了 晶休生长所 需的 原 子供 应 ， 从 而降低 了 晶体长 大速 率 。 由于 以 上原因 ， 钢 液 中加入 微 夙稀 土 元 素后 ， 使凝 固过程 获 得高的 形核速率和低的 晶体长大速 率 ， 从而细 化了 钢 的 铸态组织 ， 即 细 化的 树 枝状 晶体 与 晶竹 〔 ’ ， 柱状 晶的 生长被抑制 ‘ ， 进而减少枝 晶偏析 及 区域 偏 析 。 稀 土 元 素在钢 中的合金 化 作 用 一 、 稀土 元素在铁及 铁玻 合金 中的状 态 一 和 一 的 二元相 图 见图 和图 〔 。 拥和饰在铁 中的 固溶度 在不 同研究者 之间有很 大 出入 。 “ ” 和 “ ” “ ’ 认为 在共晶温 度 ℃ ‘ “ 一 中的 固溶度不超 过。 重 量 。 ， 用 金相法据外 推 得到 在 一 中的 固 溶脚在 。 。 甩 最 。 和 “ ， 确定在 ℃范围 在铁 中的 固溶度约 重 最 ， ‘ 。 ‘ ， 估计 在 ℃ 在 一 中 固溶度约 。 近期韩其勇 等 ‘ “ 应用 同位素 鱿 ， 、 。 。 。门漂一架 ， 卜“ 怡器 弋丁抹 尸 ‘ 甘 ， 甘 ‘ ， ， ， 侧 翻 即 ，尸卜︸ ，尸 八犷 ， 毛 ‘ 发现在五 种不 同钢 中 在 基体 中的 量 不超 过 。 李平 安 等 汇” 在真 空 叫 熔 炼的 高 纯 一 合 金 中 在 一 中的 固溶 度 约 。 很 明显 ， 和 在 一 巾的 固溶度 ’ 是极低 的 。 其他稀 土 元 素在 铁 中的 ’ · 调哆度见文 献 、 。 一 ， 系 没有发现金属 间 化合 物 。 和 形 成 稳定 的 化合 物 、 ， ， 不 介 稳 化 合 物 。 。 ， 丫 丛鱼一 一 吸 娜节二 二军 心 、 一 令吞 图 铁一 翎相 图 叽呀叶蔽漩丁 王 髻 稀 土 元 素与碳 有较大的 亲和力 ， 但用 勺 稀 土金属加 入 钢 液 中处理的 钢 ‘ 异 。扩

中没有发现特殊碳化物。然 Ce%(wt) 20 40 60 70 80 90 而稀上：元素分配在a-Fe和 1600 渗碳体之间。TpoCBHPHH 11研究了加入有0.004~ 100 0.016%B、0.0125~0.10% Ce的铁碳合金（含0.6~0.7 1200 1068±3° %C)。Ce在两相间的分配 系数Kc。=〔Ce)cm/(Ce)。 911” 932°±8° 为0.40.8。式中〔Ce)cm 士11° 800 和〔Ce),相应为Ce在渗碳体 Q795 /725 和铁素休中的浓度。近来， 600 592°±2° 在加入0.44%稀土金属的 Y- St52-3钢【11和0.35%稀 400 上金属的其他钢中1]发现 Fe 10 2030405060708090 Ce%(at) 有稀土氮化物及稀上碳化 物。 图2铁一铈相图 用内耗法可以研究稀土 元素与间隙原子的相互作用。李承其【11发现稀土元素（含量为0.05%La+0.0716Ce)增 大纸在a-Fe中的扩散激活能，从100.4~108.8KJ/mo1e增高到159.0~171.5KJ/mo1e, 不影响碳在a-F中的扩散激活能。由淼等1小的研究表明，稀土元素的存在降低了经渗碳 后的内耗曲线上的Snoek峰的高度。上述实验说明固溶于铁中的稀北元素的原子与碳、氮 原子强烈作用，降低碳氨原子在a-F中的扩散速度，同时阻碍碳、氨原子进入晶体缺：。 稀土元素强烈地倾向于偏聚在Y或a-F的晶粒边界。但是稀土金属的原子在品界存在： 的状态，是原子态还是结合态仍然是在争论的问题。用离子探针分析沿晶断口，可以发现金 0.104%P、0.036%Ce的45*碳素钢，从高温淬火后， 原奥氏体晶界100A内，Ce的浓度高于晶内，表面Ce量 (a) 高于平均含量的10倍【1」。另外的例子有：在含0.84% P、0.067%Ce的30Mn2钢，淬火后在500℃保温500小 时后，Ce在晶界的浓度随时间的延长而增高【1！。加 入La的37CrNi3钢经淬火高温回火后，晶界La的浓度 为晶内的一倍2。用离子探针分析钨系高速钢山和 Cr20Ni20[】等高合金钢，都发现稀土元素浓度晶界 最高，向晶内逐渐减少。但是，离子探针并不能区别稀 上元素的存在是固溶态还是形成金属间化合物。 (h) 有直接和间接的证据表明钢中加入足够量的稀土元 素后，至少有部分稀土元素是以原子态存在于晶界。最 近工作[11使用透射电镜观察含0.l%Ce的高纯Fe-Ce 合金，在没有析出物的洁净晶界上，用电镜的x一射线谱 S E 仪直接测得a-Fe晶界上Ce的偏聚量高达1.5%，为晶 图3Fe-0,1%Ce合金中Ce在 a-Fe晶界偏聚Ti) 内平均成分的20倍，图3。 a)晶内能谱；b)晶界能谱。 44

， 州斗 仁 丫 卜 司 士 劝 ， 侣 卜 二 公 枷， 侧︵级 中没有发现特 殊 碳 化物 。 然 而稀 一 卜元 素 分 配 在 一 和 渗碳 体 之 间 。 。 ， ， ‘ 研究 了加 入有 。 、 的 铁碳 合金 含 。 在两相 间的 分 配 系数 。 。 〕 〕 。 为 。 式 中 〔 〕 。 和 〔 〕 。 相 应 为 在 渗碳体 和 铁 素休 中的 浓 度 。 近 来 ， 在 加 入 稀 土 金属 的 一 钢 ’ ‘ 和 稀 上金 属的 其他钢 中 「‘ “ 发现 有稀 土氮 化物 及 稀 卜碳 化 物 。 用 内耗法可 以 研 究稀 士 压 图 铁一 饰相 图 元 素与间 隙原 子的 相 互 作用 。 李承 基 ‘ 发现稀 土 元 素 含量 为 增 大 氮在 一 中的 扩 散激 活能 ， 从 增高至 ， 不 影 响碳 在 一 中的 扩 散激 活能 。 由森 等 〔 ’ 的 研究 表明 ， 稀 土 元 素的 存 在降低 了经 渗碳 后 的 内耗 曲线 上 的 峰的 高度 。 仁述实验说 明 固溶于铁 中的 稀 土 元 素的 原 子 与 碳 、 氮 原 子 强烈作用 ， 降低 碳氮原 子 在 一 中的 扩 散速 度 ， 同时阻碍 碳 、 氮原子进 入 晶体缺 陷 。 稀 土 元 素 强烈 地 倾 向干 偏聚 在 丫或 一 的 晶粒边 界 。 但 是稀 土金 属的 原 子 在 晶界存在 的 状 态 ， 是原 子态 还 是结 合态 仍然 是 在争论的 问题 。 用 离子探 针 分析 沿 晶断 「， 可 以 发现 含 、 的 铃 碳素钢 ， 从高温淬火后， 原奥 氏体 晶界 人内 ， 的浓度高于 晶 内 ， 表面 量 高于 平均含量 的 倍 ’ ’ 。 另外 的 例子有 在 含 、 的 钢 ， 淬 火后 在 ℃保温 小 时后 ， 在 晶界的 浓 度随 时间的 延 长而增高 〔 ‘ 。 。 加 人 的 钢 经 淬 火高温 回 火后 ， 晶界 的 浓 度 为 晶内的 一 倍 「“ 。 用 离子 探针分 析钨 系高速钢 〔 ‘ ， 和 ‘ “ 等高合 金钢 ， 都 发现稀 土 元素浓度 晶界 最 高 ， 向 晶内逐 渐减少 。 但 是 ， 离子 探针 并不 能 区别 稀 上元 素的 存在是 固溶态还 是形成金属 间 化合 物 。 有直 接 和间 接 的 证据表明钢 中加 入 足够 量的 稀 土元 素后 ， 至 少 有部分稀 土 元素是 以原子态 存 在于 晶界 。 最 近 工作 〔 ’ ‘ ， 使用 透 射 电镜 观 察 含。 的 高纯 一 合 金 ， 在没 有析 出物的 洁 净晶界上 ， 用 电镜的 一射线谱 仪 直 接测 得 一 晶界 上 的 偏 聚 量高达 ， 为晶 内平均成分 的 倍 ， 图 。 图 一 合 金 中 在 一 晶界 偏 聚 “ 晶 内能谱 晶 界 能 谱

李文彬等【1发现含 0.056%Ce的Fe64Cr27A1 温度（℃） 7Mo2合金，在频为0.52 500 550 600 650 700 750 80 z的内耗曲线上，713℃出 0,056%Ce 现第三个内耗峰，它是由于 70 Ce原子在晶界所引起的， 无Ce的合金中不出现此峰， 60 见图4。 邱巨峰等【22在Cr20 Ni20合金中加入0.1%Nd 40F 或0.5%Y，用热处理改变 30 合金的品粒尺寸，并测量晶 体的梢密晶格常数的变化， 20 发现未加稀土元素的合金， 晶粒长大时晶格常数减小， 而加了稀土元素的合金，其 晶格常数增大。作者认为， 1.30 1.25 1.20 1.15 1.10 1.05 1.00 9.95 晶粒长大时总的晶界面积减 1000/T 少，原来富集于晶界上的稀 土元素重新移居晶内，导致 a) 奥氏体晶格常数的增大。这 温度(D) 此实验结果使人确信稀土元 450 500 550 800 650 700750800 素以原子态偏聚在晶界。另 no Ce 一方面也不排除稀土化合物 100 在晶界存在的可能。 硼也是在铁中晶界偏聚 倾向大的元素，稀土元素与 硼元素同时加入时，必然要 男 发生相互作用。贺信莱等 分 60 」以同位素示踪法研究了 25 MaTiBRE钢中稀土元 40 黛与硼元素的相互作用。他 们发现在硼钢中，硼偏聚到 20 晶界属于非平衡偏聚过程。 硼的偏聚并不是发生在淬火 3 加热时，而是随后冷却过程 1.35 1.25 1.15 1.05 0.6 中发生的。钢中加入0.14% 1000/T RE后，谇火加热时，稀土 b) 元素在奥氏体晶界发生偏 图4 Fe-Cr-Al合金的内耗峰【a,a)含铈合金，b)无铈 聚，以致阻碍了随后冷却过 合金。 45

李文 彬 等 工急 发 现 含 的 合金 ， 在频率 为 争 、 ” “ 自勺内耗 曲线 上 ， ，” ℃ 出 现 第三个 内耗 峰 ， 它是 由于 原子 在晶界所 引起的 ， 无 的合金 中不 出现此 峰 ， 见图 。 邱 巨峰 等 ， 在 合 金 中加 入 或 ， 用 热 处 理 改变 合金 的 晶粒尺 寸 ， 并 测 量 晶 体的 精密 晶 格常 数的 变 化 ， 发现未加 稀土 元 素的 合金 ， 晶粒 长 大 时 晶格常数 减小 ， 而加 了稀 土元 素的 合 金 ， 其 晶格常数增大 。 作者 认为 ， 晶粒长 大时总的 晶界面积 减 少 ， 原来富集于 晶界 日肉稀 土 元素重 新移居 晶内 ， 导 致 奥 氏体 晶格常 数的 增 大 。 这 此实验 结果 使 人 确信稀 土 元 素 以原 子态 偏 聚 在 晶界 。 另 一方 面 也 不 排 除稀 土 化合 物 在 晶界存在的 可能 。 硼也 是 在铁 中 晶界偏 聚 倾 向大的 元 素 ， 稀 土 元素与 硼 元 素同时加 入 时 ， 必 然 要 发生 相 互 作用 。 贺信 莱等 【， ‘ 以 同位素示踪法研究 了 钢 中 稀 土 元 味与翻 元素的 相 互 作用 。 他 们发现 在砚钢 中 ， 硼 偏 聚到 晶界属于非平衡偏聚 过程 。 硼的 偏 聚并不 是 发 生 在淬 火 加热时 ， 而 是随后 冷 却过程 中发 生的 。 钢 中加 入 。 后 ， 淬火加 热 时 ， 稀 土 元素 在奥 氏体 晶界 发 生偏 聚 ， 以致阻碍 了随后 冷 却过 祖度 七 石石 肋劝 撰长口。工尺 二二 户 吧 退魔 七 即 ，‘ 臼 几甘 州 长男口 各 卫 图 一 一 合 金 的 内耗 峰 “ ， 合 金 。 含饰合 金， 无 饰

a)无稀土元素 b)含稀土元素 图5稀土元素对辅在25 MnTiB钢中晶界偏聚的影响2 程巾硼I向晶界转移，可以用图5证明。PH4KoB 等21在研究含硼和稀土的20 CrNiMo钢时 300 发现，如果钢中仅含硼时，加入0.03%B时就 gb 280 会在品界上出现共晶硼化物。若钢中有0.3% RE时，即使硼含量高达0.10%，也无共晶硼 260 化物出现。 240 Eb 文献中研究了铈对Fe一P合金电极电位的 其 220 ●-Fe-P 影响【21，合金含有0.02~0.105%P,在稀 o-Fc-P 苦味酸溶液中测定电极电位。在F©-P合金中 200 A-Fe-P-Co A-Fe-p-C a-Fe的晶界和晶内有明显的电极电位差。铈 180 加入Fe-P合金，即使仅加入0.008%Ce也明 0005.0.0190.0850.188 P%(wt) 显地降低电极电位差，见图6。作者认为α- 图6·铈对Fe-P合金晶和晶内电极电位 Fe晶界和晶内电极电位差由于磷在Fe-P合金 差的影响[28 的晶界偏聚而加大了。 所有这些实验事实总结在表1中。它表明稀土元素在铁合金中强烈地倾向于偏聚在品 界。偏聚的原因是明显的。 根据Hume-Rother y关于形成固溶体的规律【2刀，溶质和溶剂原子尺寸差不超过15% 可望有较大的溶解度。一些稀土元素与铁的原子直径见表2。由表可见，铁与这些稀土元素 的原子直径之差远大于15%。当稀土金属原子置换了晶体晶格中的铁原子后，引起的晶格畸 变是相当高的。一般认为[2]晶界的原子排列是较松散的，有较多的空穴提供大的稀土金属 原子。若一个稀土金属原子从晶内移到晶界必将降低畸变能。因此，稀土金属原子偏聚于晶 界是一一个自发过程。 二、稀土元素对钢中相变及金相组织的影响 对稀土元素在钢的相变中的作用及对显微组织的影响研究非常不够，缺乏系统的资料。 有关稀土元素对钢中临界点A4、A3和A,的影响的报道还是不确切甚至是矛盾的。目前尚 未肯定稀土元素是铁素体形成元素还是奥氏体形成元素。稀土元素对包晶和共析转变的影响 还没有认（地研究过。 16

无稀 土 元 素 含稀土 元 素 图 稀 土元 素对硼 在 钢 中晶界 偏 聚 的 影 响 汇 ‘ ’ ， 助 ﹄勺山 卜任 程 中硼 向 晶界转 移 ， 可 以用 图 证明 。 二 等 ” 在研究 含硼 和稀 土的 钢 时 发现 ， 如果钢 中仅 含硼 时 ， 加 入 时就 会在 品 界 甘公现 共 晶硼化物 。 若钢 中有 时 ， 即 使硼 含 量 高达 、 ， 也 无共 晶硼 化物 出现 。 文 献 ， 研究 了饰对 一 合 金 电极 电位的 影 响 “ 。 ， 合 金 含有 ， 在稀 苦味酸溶液电 测定电极电位 ‘ 在 一 合 金 中 一 的 晶界和 晶内有明显的 电极 电位差 。 饰 加 入 一 合金 ， 即使 仅加入 也 明 显地 降低 电 极 电位 差 ， 见图 。 作者 认 为 晶界和 晶内电极 电位 差 由于 磷 在 一 合 金 中的 晶界偏 聚而加 大 ‘ ’ 。 厂 ‘ 一 一 ， 奋 一 一 「一 几 一 一 一 ， 力 ， · ， 图 饰 对 一 合 金 晶和 晶 内 电极 电位 差 的 影 响 〔 所 有这 些实验事实 总结 在表 巾 。 它 表明稀 土 元 孝在铁 合金 中 强烈 地倾 向于 偏 聚 在 品 界‘ 偏 聚的 原 因是 明显的 。 根据 一 关于形 成 固溶体的 规 律 〔 ， 溶质 和 溶剂原 子尺寸差 不超 过 一’ 望有较大灼 溶解度 。 一 些稀土 元素 与铁的 原 子直 径 见表 。 由表可 见 ， 铁 与这 些稀 土 元 素 的 原 子直 径之差 远大 于 。 当稀 土金 属原子置 换 了 晶体 晶格 中的 铁 原子后 ， 引起的 晶格畸 变是相 当高的 。 一般 认为 “ 晶 界的 原 子排 列 是 较松散的 ， 有较 多的 空穴提 供 大的 稀 土金属 原 子 。 若 一 个稀 土 金 属原子从 晶内移到 晶 界必 将降低 畸变能 。 因此 ， 稀 土金 属原 子 偏 聚子晶 界是 一个 自发过程 。 二 ， 猫 土 元素对钢 中相变及金 相组组 的影 晌 对稀 土 元素 在钢的 相 变 中的 作用 及对显微 组织的 影 响研究非常不够 ， 缺乏 系统的 资料 。 有关稀 土元素对钢 中临界点 ‘ 、 和 的 影 响的 报道还是不 确切甚 至是 矛盾 的 。 目前 尚 未肯定稀 土元素是 铁 素体形成元素还 是奥 氏体形成元素 。 稀 土 元 素对 包 晶和共析转 变 的 影 响 还 没 有 认 六地 研 究 过

皮1 稀上元素在使中的状态 元素 证 据 研究方法 合 金 来源 品界偏聚 Ce CgbCei高10倍 离子探针 0.45%C钢，高P,淬火， 只〔18) 回火， Ce Cgb Ce在回火时升高 离子探针 30Mn2,高P,淬火，问 吴〔19) 火， La Cgb La高 离了探针 35CrMnSi,37CrNis 杨〔20) 火，回火 La 不明确 俄歌谱议 35CrMn Si,37Cr Ni3 杨〔58) 淬火，回火 La,Ce偏聚于钥态品粒表而 离子探针和俄歇谱议W18Cr4v1 吉林大 学〔21) Ce Cg5Ce高20倍 能谱分析 高纯Fe-Ce合金 本〔11) Y,Nd原子态和结合态 X线精密点阵常数测Cr20Ni20 邱〔22) Ce,Y 定，离子探针 Fe-Cr-Al 茶(23) REM 出现晶界峰 内耗法 Ce B的晶界偏聚消散 门射线照相 25MnTiB 贺〔24) 晶界和晶内电极电位差减小电极电位 Fe-P合金，退火 准〔26) 晶内分布 La+CeN的Qati增大 内耗法 工业纯铁 李〔16) REM Snoek峰高减低 内耗法 纯铁渗碳 由〔17) Y,Nd 点阵常数变化 x一射线衍射 Cr20Ni20 邱〔22) 表2 部分稀土元素原子直径(29) 元 素 a-Fe Y B-La B-Ce B-Pr Nd 晶体结构 BCC HCP FCC FCC FCC HeX CN12原子直径，12.54 3.629 3.745 3.637 3.64 3.62 KX 尺寸差，% 0 42.9 47.4 43.2 43.3 42.5 ·稀土元素对奥氏体晶粒尺寸的影响受到了重视。研究发现21，加入混合稀土金属0.04~ 0.20%RE的电弧炉冶炼35 CrMnMo钢、感应炉冶炼的35CrNi3MoV钢和电渣重熔的35 CNi3MoV钢，在950~1100℃范围加热后，奥氏体晶粒度比不含稀土元素的钢一般都减小 l~2级（按ASTM晶粒度评级）。在加La的35 CrMn Si和37CrNi3钢【2，以及加Ce的 真空怡炼的30Mn、30Mn2、30Mn3以及大气治炼的40MnI]都得到Ce细化奥氏体晶粒 的相似结果。然而稀土元素并不改变奥氏体晶粒长大的特征，只是把长大移到更高的温度范 围，见图7【1」。稀土元素仅在通常热处理温度以上的温度范圈内这种作用并不显著。La和 C富集于奥氏体晶界，降低其自由能，减小晶粒长大的驱动力【31。稀土元素含绿对奥氏 体晶界表面张力的影响见图8。 47

丧 稀 土 元 素 在铁 中的 状 态 元 素 研 究 方 法 来源 品界偏 聚 高 倍 离子探 钊 钢 ， 高 ， 淬 火 ， 回 火 ， 吴 〔 〕 在 回火 时升高 离 子探针 ， 高 ， 淬 火 ， 闷 火 ， 吴 〔 〕 一 ’ 百 离子探 车卜 ， 火 ， 回 火 ， 卒火 ， 回 火 淬 杨 〔 〕 不明 确 俄 歇谱议 杨 〔 〕 ， 偏 聚于铸态 晶粒 表而 离子 探针 和俄歇谱议 ， ， 高 倍 原子 态 和 结 合态 能 谱分 析 高纯 一 合 金 线 精 密点 阵 常 数测 出现 晶界 峰 的 晶界偏 聚消散 定 ， 离子探钊 内耗法 自射线 照 相 一 一 吉林大 学 〕 李 一 〕 邱 〔 〕 李 〔 〕 晶界和 晶内电极 电位差减小 电极 电位 一 合金 ， 退 火 贺〔 〕 崔 〔 〕 晶内分 布 的 ， ，增 大 ， 。 峰高减 低 点阵常 数变 化 内耗 法 内耗 法 一 射线 衍 射 工业 纯铁 纯铁 渗碳 李 〔 〕 由 〔 〕 邱 〔 〕 表 元 素 部分 稀 土 元 素原 子直 径 一 晶体结构 原子 直 径 ， 尺寸差 ， 日一 日一 日一 气‘ 确土元素对奥 氏体 晶粒 尺寸的 影 响受 到 了重 视 。 研究 发现 ’ ， 加 入 混合 稀 土金 属 的 电弧炉冶炼 钢 、 感 应炉 冶炼的 钢 和 电渣重 熔的 钢 ， 在 ℃范围加 热后 ， 奥 氏体 晶粒 度比 不 含稀 土 元 素的 钢 一般都减小 级 按 晶粒 度评 级 。 在加 的 和 钢 〔 艺 。 ， 以 及加 的 真空 冶炼的 、 、 以 及 大气 冶炼的 工， “ 都得到 细 化奥 氏体 晶粒 的 相 似 结 果 。 然而稀 土元 素并 不 改变奥 氏体 晶粒长 大的 特征 ， 只 是把长大移到 更高的 温度 ，范 围 ， 见图 「‘ ” 。 稀 土元素 仅 在通常 热 处理温 度 以 上的 温度范围 内这 种 作用 并 不 显著 。 和 富 集于奥 氏体 晶界 ， 降低 其 自由能 ， 减小 晶粒长大 的 驱 动 力 ， ” 。 稀 土 元 素 含最 对奥 氏 体晶界表面 张力的 影 响见图

0.1~0.4%C钢中加入0.1%Ce,退火 1000 组织中的珠光体量增多了1，这可能是稀土 元素对钢的共析成分影响的结果。 韩水令等a31研究了稀士元素对18C2Ni W钢过冷奥氏体连续冷却曲线的影响，结果 见图9。虽然加入0.18%RE对贝氏体转变温 度范围及其孕有期没有显著变化，但转变速： 100 明显地减低了。因此当以相同的速度冷却时， 今稀士钢中马氏体的数量和样品的硬度比无稀 十钢为高。 Fe-0.1Ce 『yreB等[3研究了稀土元素对40Cr钢 淬透性的影响，稀士元素加入量为：0.05~ 7 8 0.30%Ce,0.05~0.30%La,0.025~0.30% 1/T×10‘K-1 Nd,0.025~0.30%Pr或0.05~0.30%RE, 图7铸对纯铁中奥氏体晶粒长大的影响 用Jominy法测定淬透性，所有钢的临界直径 Dc(50%M)从20mm增大到25~35mm,见 图10。其中Nd及Pr比La和Ce更有效，而且稀 ·0.90 【心素对钢淬透性的影响决定于加入量。40Cr Ni钢加入少量稀上金属对谇透性几乎没有影 MM 响，当加入量达0.21%时淬透性明显增大35！。 25 MnTiBRE钢中加入0.05~0.10%RE,钢 的谇透性甚至稍有降低31。当加入0.10~ 0.0 0.40%RE时，850℃淬火降低钢的淬透性，而 950℃淬火则增大钢的淬透性[2」。作者认为 850℃奥氏体化后淬透性的降低是由于稀土元 素在奥氏体晶界的富集防碍了硼的晶界偏聚。 很明显，稀上：元素对钢的淬透性的影响受许多 0.50 因素的影响。当稀土元素偏聚在奥氏体晶界 后，降低晶界的自由能或净化晶界的杂质。这 不利于奥氏体分解的形核过程，降低转变速 率，因而增加钢的淬透性。另一方面也会同样 防碍其他元素如硼的晶界偏聚，而硼对增加淬 0.30 0.1 0.2 0.3 透性是很有效的，这样一来稀土元素将降低硼 RE% 钢的谇透性。此外稀土元素在钢中细化奥氏体 晶粒，提供了更多的形核位置并使得淬透性减 图8 稀土元素对奥氏体晶界相对自由能 低。当然，在这方面稀土元素有不同的作用取 的影响「31了 决于钢的成分和组织。 稀土元素对钢中转变产物形貌的影响的资料甚少。35#铸钢中加入0.2%C,可以完全 不出现魏氏组织，而出现粒状铁素体31。过共析钢中加入0.1%C,网状碳化物增原，珠 光体中碳化物粒状倾向增大32】。稀土.元素影响铁素体和渗碳体的共同生长，并引起珠光体 48

含 一 钢 中加入 ， 退 火 组织 中的 珠光体量 增多 了 “ ， 这 可能 是稀 土 元 素对钢 的 共析成分影 响的 结果 。 韩永令等 。 吕 研究 了稀 土 元 素对 钢 过冷奥 氏体连 续冷 却曲线 的 影 响 ， 结 果 见 图 。 虽然加入 。 对 贝 氏体转变 温 度范围 及 其孕 育 期没有显著变 化 ， 但 转变速 牢 明显 地 减低 了 。 因此 当以相 同的 速 度冷却时 ， 含稀 土钢 中马 氏体的 数量 和样 品的 硬 度 比无 稀 二 钢 为高 。 二 ， 等 ‘ 研究 了稀 土 元 素对 钢 淬透 性 的 影 响 ， 稀 土元 素 加 入 量 为 ， ， ， ， 或 ， 用 ‘ 法 测定 淬透 性 ， 所 有钢的 临界直 径 入 从 增 大至‘ ， 见 图 。 其 ，“ 及 比 和 更有效 ， 而且稀 肠已素对钢 淬透性 的 影 响决 定于加 入 量 。 钢加 入 少量稀 土 金 属 对淬透性几 乎 没 有影 响 ， ’场加入 量达 时淬透 性 明显增 大 〔 ” 。 ’ 钢 中加入 ， 钢 的 淬透 性 甚 至 稍 有降低 昌 。 当加 入 时 ， ℃ 淬火 降低钢 的 淬透 性 ， 而 ℃ 淬火则 增 大钢 的 淬透 性 艺 毛 。 作者认 为 ℃奥 氏体 化后 淬透 性的 降低是 由于稀 土 元 素 在奥 氏体 晶界的富 集防碍 了硼 的 晶界偏 聚 。 很 明显 ， 稀 仁元 素对钢的 淬透性的 影 响受 许 多 因素 的 影 响 。 当稀 土 元 素 偏 聚在 奥 氏体 晶界 后 ， 降低 晶界的 自由能 或净化晶界的 杂质 。 这 不利 于 奥 氏 体 分 解的 形 核过程 ， 降低 转 变速 率 ， 因而增加 钢的 淬透 性 。 另一方面 也 会 同样 防碍 其他 元素 如硼 的 晶界偏 聚 ， 而硼 对增加 淬 透性是很 有效的 ， 这样一来 稀 土元 素将 降低硼 钢的 淬透性 。 此外 稀 土 元 素 在钢 中细化奥 氏体 晶粒 ， 提 供 了更多的 形 核 位置 并使得淬透性 减 低 。 当然 ， 在这方 面 稀 土 元 素有不 同的 作用 取 决 于钢 的 成分 和组织 。 日 匕 二 · 一。 ‘ · 几 图 饰对纯铁 中奥 氏体 晶 粒 长 大 的影 响 · 一 ， 、了 飞 ， 饭， ， 代的 、 ‘ ‘ ‘ 、 刁护 。 图 稀的土 元 素 对 奥 氏体 晶界相 对 自由能 影 响 ‘ 稀 土 元素对钢 中转变产物形 貌的 影 响的 资料甚 少 。 井 铸 钢 中加 入 ， 可 以 完全 仁「竹现 魏 氏组织 ， 而 出现粒状 铁 素体 。 过共析钢 中加 入 ， 网状 碳化物增 厚 ， 珠 光体 巾碳 化物粒状 倾 向增大 〕 。 稀 土元 素影 响铁 素体 和 渗碳 体的 共 同生长 ， 并引起 珠 光体

18Cr2Ni4W 18Cr 2Ni4WRE 900 900 700 8 dd 0 700 d 西 (A) 则 500 500 A 300 B- 300 Ms D Ms 12 Hv 54 123 418 401 386 35 362 100 100 Hv 509 94 173 35 07 M 502 423396 0.51 10 102 10 10* 10 0.5 104 10 10 10 时间（秒） 时间（秒） a) b) 图9稀土元素对18Cr2Ni4W钢过冷奥氏体连续冷却曲线的影响【33引 形貌的退化321 稀土元素也影响到马氏体的形貌，它降低18Cr2Ni4W钢的Ms点I3。在含稀土元素的 30CNi2 MoVRE钢中李品马氏体量减少，在残留量为0.025%RE的0.7%C钢中，在电镜 下难以发现孪品马氏体38。稀上心 E 35 素细化马氏体板条宽度，见图11[31。 稀上元茶还使马氏体沉淀硬化不锈钢 Pr PH17-7中马氏体一奥氏体逆转变温 Nd 30 MM 度As升高【“1。 稀土元素对谇火钢回火过程和过 饱和固溶体时效过程有明显的影响。 25 稀上元素延缓30 CrMnSi钢中马氏 体分解过程，使其移向更高的温度 20 4】。在350℃回火后，含稀土元素 0.10 0.20 0.30 的钢中渗碳体量要少得多，渗碳休颗 REM 粒尺寸要细得多，而且分布均匀。类 图10稀土元素对40Cr钢淬透性的彩响【4i 似的现象在30CrNi2MoV钢中亦观 察到[3]。Ce、Y等元素阻碍碳钢中渗碳体的球化和聚合。作600℃加热1000小时后，渗碳 体质点均匀分布在a-相晶内和品界421。在18-4-1-5(C0)高速钢钢中加入0.40%Ce,回 火时二次硬化效果提高了，析出碳化物均匀分布在些体中，阻得碳化物在高温下聚集4！。稀 土元素减慢Cr-Ni奥氏体不锈钢中及Mn13奥氏体铸钢中碳化物沿晶界析出过程【4！【」。 以上资料元分证明稀：心紫阻得马氏体分解析出做化物与碳化物的聚集长大。这些现象可能 49

。 ‘ 耘 组侧 ’ 。 。 一一 又丫川 州》心侧人 习入 州从 落 ‘ 升 吐厂 一 面 反 震 西 百 百篙彗 一 而 广 尸 ‘ 二 ‘ ‘ 、 ， 人 笙 人块八 尸 尸门 乃山 ‘ ， ， ’叼 下 刃 、 、 白 白 ’ ， 肠 口尸 － ，卜喇 六响 二」 … 、 入 ‘ 降长协认 义 协怒划 ‘ 入 ‘ 、 邻入 ‘ 箫 灭 勺已 以 、门」决户 户 迎 一 广一 巴月 不 州匕皿 计 愉 辫 ’ 回 向 舀 八甘， 对侧八 ‘ 备 时间 秒 ‘ ， 玉 时间 秒 图 稀 土 元 素 对 钢过 冷 奥 氏体连续冷却 曲线的影 响 【 形貌的 退 化 〔昌 “ 。 稀土 元 素 也影 响到 马 氏体的 形 貌 ， 它 降低 钢 的 点 吕 昌 。 在 含稀 土 元 素的 钢 中孪 品 马氏体量 减少 ， 庄残留量 为 的 钢 中 ， 在电镜 八三 叹 卜难 以 发现 孪 品马 氏体 ‘ 。 稀 上 元 素 细 化马 氏体 板 条宽 度 ， 见图 “ 。 稀土 元 素还 使 马氏体沉淀 硬 化不 锈钢 一 中马 氏体一奥 氏体逆 转变 温 度 升高 ‘ 。 。 稀 土 元 素 对淬 火钢 回火过程 和过 饱 和 固溶体 时效 过程 有 明显的影 响 。 稀 上元 素延 缓 钢 中马 氏 体分 解过程 ， 使其 移 向 更高的 温 度 ’ ，。 在 ℃ 回 火后 ， 含稀 土 元 素 的 钢 中渗碳体量 要少 得 多 ， 渗碳体颗 拉尺寸 要细得多 ， 币且 分布均匀 。 类 似 的 现 象 在 钢 中亦 又见 。 乡‘ 图 稀土元 素 对 钢淬 透 性 的影响 【 ‘ 察到 ‘ 。 、 等 元 素阻碍 碳钢 中渗碳 体的 球 化和 聚 合 。 在 ℃加 热 。 。 。 小 时后 ， 渗碳 体质点均 匀 分布 在 一 相 晶内和 品界 弓 〕 。 在 一 一 一 高速钢钢 中加 入 ， 回 火 时二次 硬 化效 果提 高 了 ， 析 出碳化物 均 匀 分 布 在 堪体 中 ， 阻 碍 碳 化 物 在高温下 聚集 ‘ 昌 。 稀 土元素 减慢 一 奥 氏体不 锈钢 中及 奥 氏体 铸钢 中碳 化物沿 晶界析 出过程 “ ‘ 。 以 上资料 充分 日归稀 卜龙 素阻 碍 马氏体分 解 析 出碳 化物 与 碳 化物的 聚集 长少、 。 这 些现 象 八 能 卜

a)无铈钢 b)含铈钢 图11 钫对30Mn钢中板条马氏体形貌的影响I3] 点3 稀土元素对钢中相变的影响 反 应 元素 影响 钢 号 来源 珠光体转变A-→P Ce 珠光体量增加 0.1~0.4%C钢 朱〔32) 贝氏体转变A→B RE 转变温度、孕育期不变，速18Cr2Ni4W 韩〔33) 度减慢 马氏体转变 Ce 降低Ms 18Cr2Ni4W 韩〔33) A-→M RE 李晶马氏体减少，板条马30CrNi2MoV, 陈〔38) 氏体增加，板条尺寸减小37CrNi4MoV及0.7% C钢 Ce 板条马氏体尺寸减小 30Mn 张〔39) 马氏体逆转变M→A RE As增高 PH17-7A1 天大等〔40) 马氏体分解 RE 阻碍 30CrMn Si KoHoBaoB 〔41) RE 阻碍 30CrNi2MoV 陈〔38) 二次硬化 Ce 提高 18-4-1-5(Co) 专利〔43) FeC聚果长大 Ce,Y 阻碍 碳钢 KoBaneKo 〔42) 碳化物晶界沉淀 RE 阻碍 Cr-Ni奥氏体钢 广重〔44) 阻碍 Mn13 项〔45) 金属间化合物沉淀 RE 促进 PH17-7A1 天大等〔40) 奥氏体晶粒长火 RE 阻碍 35 CrNiMo,35CrNi3刘〔29) MoV La 阻碍 35CrMn Si,37CrNi3(20) Ce 阻得 30Mn,30Mn2,30Mn3李〔30) a-Fe的再结品 Ce 阻碍 高纯铁 李(11) 是由于溶解于品内的稀土元素和间隙碳原子间有效大的杀和力，阻碍其脱溶，缓慢其扩散。 富集于品界的稀土原子改变了晶界的成分和结构，降低其界面能，减慢其晶界扩散等的结 果。但是用电阻法研究PH17-7A1沉淀硬化不锈钢的脱溶过程时发现，稀土元素（含量为 50

无 饰钢 图 饰对 钢 中板 条马 氏体形 貌的影 炎 反 应 稀 土元 素对钢 中相 变的 影 响 元 素 影 响 来源 珠 光体转 变 一 ， 贝 氏体转 变 、 珠光体量 增加 钢 转变温 度 、 孕 育 期不 变 ， 速 朱 〕 ， 韩 〔 〕 竹了 钢 匕沼以阵比 马 氏体转变 ， 度减慢 降低 孪 晶马 氏体减少 ， 板 条 马 氏体增加 ， 板 条尺寸减小 ， 及 韩 〔 〕 陈 〔 〕 板 条 马氏体尺寸 减小 马 氏体逆转变 ， 马 氏体分解 增高 阻碍 一 二次硬 化 聚集 一 长大 · … … … “ …… … “ 】 … 】 ’ 七 阻碍 提高 阻碍 一 一 一 碳钢 张 〕 天大等 〔 〕 几 〔 〕 陈 〔 〕 专利 〔 〕 ” 刃 · 〔 〕 碳 化物 晶界沉 淀 阻碍 广重 〔 〕 阻碍 促进 阻碍 一 奥 氏体钢 一 …项 〔 〕 金属间 化 合 物沉 淀 奥 氏体 晶粒长 大 天大等 〔 〕 ， 刘 〔 〕 · 。 一 的 再结 品 阻碍 阻碍 阻碍 ” “ ‘ ， ” ‘ ‘ 扬 〕 “ ， “ ” “ ，” “ ， ” “ ” “…李 〔 ” 〕 高纯铁 李 〔 〕 是 由于 溶解于 品内的 稀 土 元素和间 隙碳原子 间有效 大的 亲 和 力 ， 阻碍 其脱 溶 ， 缓慢 其扩 散 。 窝 集于 气之界的 稀 土 原 子 改 变 了 晶界的 成分 和结构 ， 降低 其界面 能 ， 减慢 其 晶界扩散等的 结 果 。 但 是用 电阻法 研 究 一 沉淀 硬 化不 锈钢的 脱溶过程 时发现 ， 稀 土 元 素 含量 为

0.046~0.137%RE)使在44C~520℃时效过程中电阻率的下降要比稀土元素钢史多I4], 这意味着稀土元素促进钢中Ni一A1金属间化合物的析出。 稀土元素对铁的再结晶过程有强烈的影响。0.1%C使形变程度为58.8%的高北{的再 结品温度由500℃升高到650℃。铈提高晶界迁移的激活能，使铁再结晶过程中晶界江移降 低1~心个数量级。在铁的晶界迁移过程中，晶界捕捉铈原子，铈在品界浓度高， 反过来铈原子拖曳的界，使之迁移困难。 总的看来，由于稀土原子在晶界（或相界)的偏聚倾向强烈，晶界的化学成分、结构状 态及能量状态发生改变，影响原子扩散过程和新相的形核与长大，影响晶界迁移过程。显然 i上元素在铁中的合金化作用比起其他元素如Mn、Si、C等来，与B元素更为出似。稀上 元素对钢中相变的作用归纳在表3中。 稀土元素对钢的力学性能的影响 这部分主要讨论稀土元素对钢的力学性能的影响，不论是通过变质作用、净化作用或合 金化作用。但不讨论高温合金性能。稀土元素对钢的力学性能影响的概要见表4 表4 稀土元素对钢的机械性能的影响 性能 元素 影 响 钢 号 来源 拉伸性能 0.2,aCe,La 无影响 钢轨钢 Kang〔46) RE 无影响 60Si2Mn(淬火，回火) 包冶所〔47) RE 无影响 30 CrNiMo(铸造) Tynaen〔48) 0,中 Ce,La 改善铸态和锻态的各向 钢轨钢 Kang(46) RE 异性 30CrNiMo TynaeB〔48).· 疲劳强度 RE 稍改善 18Cr2Ni4W 韩〔33) RE 稍改善 60Si2Mn 刘〔49) 疲劳寿命 RE 稍改善 60Si2Mn 刘(49) RE 稍改善 40MnB 冯〔50) 冲击韧性 RE 冲击功增高，DBTT升高 St52-3(轧后) Fuchs〔51) Ce DBTT降低 30Mn,30Mn2(退火后) 左(52) 高温回火La,Ce 平台能降低，DBTT降低 37 CrNnsi(低P),30CrMn LIreH6epr 脆性 Ni(低P) (56) La DBTT降低 15Cr2+Mo1(低P), Seah〔57) 3 0CrNis3±MoV(低P) La 平台能无影响，DBTT降低 37CrNi3(中P),35CrMn 扬〔20)〔58) Si(中P) Ce 平台能增高，DBTT降低 30Mn2(高P) 吴19) 低温回火La,Pr, 防止 35CrNi3 3aBbI0B〔60) 脆性 Nd Ce 减小 30Mn(高P) 冯〔61) 51

使 在 ℃ 时效过程 中电阻 率的 下降要 比稀土 元素钢 更多 “ 。 ， 这 意味 着稀 土 元 素促进 钢 中 一 金属 间化合物的 析出 。 稀土 元 素对 铁的 再结 晶过程 有强烈 的 影 响 。 。 使形变程度为 的 高纯 伙的 再 结 晶温度 由 ℃ 升 高到 ℃ 。 饰提 高 晶界迁 移的 激 活能 ， 使铁再 结 晶过程 中晶界迁 移率 降 低 了 之 个 效量 级 「“ 。 在铁的 晶界迁 移 过程 中 ， 晶界捕捉饰原 子 ， 柿 在 品 界 自浓 度 哟高 ， 反 过 来 柿原 子 拖 戈 品界 ， 使 之迁 移 困难 。 总的 看来 ， 由于 稀土原 子 在 晶界 或相 界 的 偏 案倾 向强烈 ， 晶界的 化赞成 分 、 结 构状 态 及能量 袄态 发 生 改 变 ， 影 响原 子扩 散过 涅和新相的 形 核与长 大 ， 影 响 晶 界迁移 过程 。 显 然 、上 元素 在铁 巾的 合金 化作用 比 起 其 池元 素如 、 、 等来 ， 与 元素 见 匆泪似 。 稀 上 元 素对钢 中相 变的 作用 归 纳 在 表 中 。 稀 土 元素对钢 的力学性 能的影 响 卜 这部分主 要讨论稀土 元素对钢 的力学性能的 影响 ， 不论是通过 变质 作用 、 金 化作用 。 但 不讨论 高温合金性能 。 稀土 元素对钢的 力学性能 影 响的概 要见 表 净化作用 或合 表 稀 土 元素对钢的 机械性能的 影 响 性 能 拉伸性能 元 素 影 响 钢 号 来 源 ， ， 无 影 响 无影 响 无影 响 钢轨钢 淬火 ， 回火 铸造 ， 冲 ， 改善铸态 和 锻态的 各向 钢 轨钢 异性 稍改善 稍改善 稍改善 稍 改善 〕 · 包 冶所 、 二 只 魂 〕 〔 〕 几 〔 〕 韩 〕 刘 〔 〕 刘 〔 〕 冯 〔 〕 〔 〕 左 〔 〕 以 业。 、 〔 〕 〔 〕 一 疲 劳寿强度命 冲击韧 性 高温 回火 ， 冲击 功增 高 ， 升高 降低 平 台能 降低 ， 降低 一 轧后 ， 退 火后 低 ， 脆性 降低 平 台能 无影 响 ， 降低 扬 〔 〕 〔 〕 低 温 回 火 ， ， 平 台能 增 高 ， 降低 防止 低 十 低 ， 士 低 中 ， 中 高 户 · 吴 〔 〕 卜 刀 〕 脆性 减小 高 冯 〔 〕 ‘下如‘ 、户、 声 岑少