D0I:10.13374/i.i8sn1001t153.2010.01.020 第32卷第1期 北京科技大学学报 Vol 32 No 1 2010年1月 Journal of Un iversity of Science and Technology Beijing Jan 2010 稀土元素对耐候钢元素偏析的影响 郭宏海)宋波)毛璟红)赵沛3) 1)北京科技大学治金与生态工程学院，北京1000832)北京科技大学材料科学与工程学院，北京100083 3)中国钢研科技集团有限公司，北京100081 摘要应用金属原位统计分布分析技术(OPA)研究了耐候钢铸锭中C,P.S Cu Si和M的宏观偏析规律，并分析了稀土元 素对耐候钢中元素偏析的影响.结果表明，在3C%~40%等轴晶率，20℃过热度下，元素C,S、P和C能产生严重的宏观偏 析，C,S呈中心正偏析，PC呈中心负偏析并伴随有反偏析，而S和Mn的分布较为均匀：各个元素中心偏析位置完全相同. 稀土元素在钢中的固溶度为103~10，固溶稀土元素可以细化枝晶，提高等轴晶率.钢中加入质量分数0.38%~0.5%的 稀土元素可以有效改善C,SP和Cu的宏观偏析· 关键词耐候钢：稀土元素；宏观偏析；固溶度 分类号TG142.7 Effect of rare earth elem ents on m acrosegregation in w eather-resisting steel GUO Hong ha,SONG Bo,MAO Jing -hong,ZHAO Pe 1)School ofMetallgical and Ecobgical Engineering University of Seience and Technology Beijing Beijing 100083 China 2)School ofMaterial Seience and Engineering University of Science and Technobgy Beijing Beijng 100083 China 3)China Irn SteelResearch Institute Gmoup Beijing 100081.Chna ABSTRACT The macrosegregation ofC B S Cu Si and Mn in cast ingots of weather-resisting steel was studied by applying the technology of original position statistic distribution analysis(OPA).and the effect of rare earth elements (RE)on the macmsegregation in the steel was analyzed The results showed that under the condition of the equiaxial crystal rate of 30 to 40%and the ovetheating temperature of 20C in the ingot there was serious macmsegregation ofC S P and Cu in the steel C and S present center positive segregation P and Cu the center negative segregation and P and Cu the inverse segregation while the solute distributions of Si and Mn were more unifom.The segregated zone of each element was of exactly the sae The solid solubility ofRE in the steelwere 105 to 10,and the soluted RE coul refine dendrites and increase the equiaxial crystal rate The macrosegregation ofC P.S and Cu was mnproved obviously by adding RE of0.38 to0.55%into the steel KEY WORDS weather-resisting steel rare earth element macrosegregation solid solubility 耐候钢广泛应用于铁路和桥梁建设等领域，其 用无预燃连续激发的方式对样品表面进行扫描分 产量在不断增加，所以其产品的质量备受关注，钢 析，得到样品表面原始状态下不同成分连续变化的 中元素分布的均匀性是影响产品质量的重要因素， 准确结果，能够真实地反映出样品表面的成分和缺 尤其是对C、P和S等易偏析元素的控制，对钢材的 陷的变化情况，本研究采用原位统计分布分析技术 性能影响很大，传统定量检测元素偏析的方法是钻 系统地研究了耐候钢铸锭中各元素的分布规律. 样分析法，这种方法存在较大的取样偶然性和分析 1钢液凝固过程中溶质元素的偏析 误差，且不能测定元素偏析的联系分布，原位统计 分布分析技术(original position statistic distribution 钢和合金的凝固发生在一定温度和浓度范围 analysis OPA)1-7)作为一种现代分析检测手段，采 内，由于溶质元素在液相和固相溶解度的差异、凝固 收稿日期：2009-09-10 基金项目：国家重点基础研究发展计划资助项目(N。2004CB619107) 作者简介：郭宏海(198一)，男，博士研究生：宋波(1963)，男，教授，博士生导师，Email songb@metal ust山cd加cm第 32卷 第 1期 2010年 1月 北 京 科 技 大 学 学 报 ＪｏｕｒｎａｌｏｆＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＢｅｉｊｉｎｇ Ｖｏｌ．32Ｎｏ．1 Ｊａｎ．2010 稀土元素对耐候钢元素偏析的影响 郭宏海 1） 宋 波 1） 毛璟红 2） 赵 沛 3） 1） 北京科技大学冶金与生态工程学院‚北京 100083 2） 北京科技大学材料科学与工程学院‚北京 100083 3） 中国钢研科技集团有限公司‚北京 100081 摘 要 应用金属原位统计分布分析技术 （ＯＰＡ）研究了耐候钢铸锭中 Ｃ、Ｐ、Ｓ、Ｃｕ、Ｓｉ和 Ｍｎ的宏观偏析规律‚并分析了稀土元 素对耐候钢中元素偏析的影响．结果表明‚在 30％ ～40％等轴晶率‚20℃过热度下‚元素 Ｃ、Ｓ、Ｐ和 Ｃｕ能产生严重的宏观偏 析‚Ｃ、Ｓ呈中心正偏析‚Ｐ、Ｃｕ呈中心负偏析并伴随有反偏析‚而 Ｓｉ和 Ｍｎ的分布较为均匀．各个元素中心偏析位置完全相同． 稀土元素在钢中的固溶度为 10 －5～10 －4‚固溶稀土元素可以细化枝晶‚提高等轴晶率．钢中加入质量分数 0∙38％ ～0∙55％的 稀土元素可以有效改善 Ｃ、Ｓ、Ｐ和 Ｃｕ的宏观偏析． 关键词 耐候钢；稀土元素；宏观偏析；固溶度 分类号 ＴＧ142∙7 Ｅｆｆｅｃｔｏｆｒａｒｅｅａｒｔｈｅｌｅｍｅｎｔｓｏｎｍａｃｒｏｓｅｇｒｅｇａｔｉｏｎｉｎｗｅａｔｈｅｒ-ｒｅｓｉｓｔｉｎｇｓｔｅｅｌ ＧＵＯＨｏｎｇ-ｈａｉ 1）‚ＳＯＮＧＢｏ 1）‚ＭＡＯＪｉｎｇ-ｈｏｎｇ 2）‚ＺＨＡＯＰｅｉ 3） 1） ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌａｎｄＥｃｏｌｏｇｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ‚ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＢｅｉｊｉｎｇ‚Ｂｅｉｊｉｎｇ100083‚Ｃｈｉｎａ 2） ＳｃｈｏｏｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ‚ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＢｅｉｊｉｎｇ‚Ｂｅｉｊｉｎｇ100083‚Ｃｈｉｎａ 3） ＣｈｉｎａＩｒｏｎ＆ＳｔｅｅｌＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅＧｒｏｕｐ‚Ｂｅｉｊｉｎｇ100081‚Ｃｈｉｎａ ＡＢＳＴＲＡＣＴ ＴｈｅｍａｃｒｏｓｅｇｒｅｇａｔｉｏｎｏｆＣ‚Ｐ‚Ｓ‚Ｃｕ‚ＳｉａｎｄＭｎｉｎｃａｓｔｉｎｇｏｔｓｏｆｗｅａｔｈｅｒ-ｒｅｓｉｓｔｉｎｇｓｔｅｅｌｗａｓｓｔｕｄｉｅｄｂｙａｐｐｌｙｉｎｇｔｈｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｏｒｉｇｉｎａｌｐｏｓｉｔｉｏｎｓｔａｔｉｓｔｉｃｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓ（ＯＰＡ）‚ａｎｄｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｒａｒｅｅａｒｔｈｅｌｅｍｅｎｔｓ（ＲＥ） ｏｎｔｈｅｍａｃｒｏｓｅｇｒｅｇａｔｉｏｎ ｉｎｔｈｅｓｔｅｅｌｗａｓａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｕｎｄｅｒｔｈｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｏｆｔｈｅｅｑｕｉａｘｉａｌｃｒｙｓｔａｌｒａｔｅｏｆ30％ ｔｏ40％ ａｎｄｔｈｅｏｖｅｒｈｅａｔｉｎｇ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｆ20℃ ｉｎｔｈｅｉｎｇｏｔ‚ｔｈｅｒｅｗａｓｓｅｒｉｏｕｓｍａｃｒｏｓｅｇｒｅｇａｔｉｏｎｏｆＣ‚Ｓ‚ＰａｎｄＣｕｉｎｔｈｅｓｔｅｅｌ．ＣａｎｄＳｐｒｅｓｅｎｔｃｅｎｔｅｒｐｏｓｉｔｉｖｅ ｓｅｇｒｅｇａｔｉｏｎ‚ＰａｎｄＣｕｔｈｅｃｅｎｔｅｒｎｅｇａｔｉｖｅｓｅｇｒｅｇａｔｉｏｎ‚ａｎｄＰａｎｄＣｕｔｈｅｉｎｖｅｒｓｅｓｅｇｒｅｇａｔｉｏｎ‚ｗｈｉｌｅｔｈｅｓｏｌｕｔｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓｏｆＳｉａｎｄ Ｍｎｗｅｒｅｍｏｒｅｕｎｉｆｏｒｍ．Ｔｈｅｓｅｇｒｅｇａｔｅｄｚｏｎｅｏｆｅａｃｈｅｌｅｍｅｎｔｗａｓｏｆｅｘａｃｔｌｙｔｈｅｓａｍｅ．ＴｈｅｓｏｌｉｄｓｏｌｕｂｉｌｉｔｙｏｆＲＥｉｎｔｈｅｓｔｅｅｌｗｅｒｅ10 －5 ｔｏ10 －4‚ａｎｄｔｈｅｓｏｌｕｔｅｄＲＥｃｏｕｌｄｒｅｆｉｎｅｄｅｎｄｒｉｔｅｓａｎｄｉｎｃｒｅａｓｅｔｈｅｅｑｕｉａｘｉａｌｃｒｙｓｔａｌｒａｔｅ．ＴｈｅｍａｃｒｏｓｅｇｒｅｇａｔｉｏｎｏｆＣ‚Ｐ‚ＳａｎｄＣｕ ｗａｓｉｍｐｒｏｖｅｄｏｂｖｉｏｕｓｌｙｂｙａｄｄｉｎｇＲＥｏｆ0∙38％ ｔｏ0∙55％ ｉｎｔｏｔｈｅｓｔｅｅｌ． ＫＥＹＷＯＲＤＳ ｗｅａｔｈｅｒ-ｒｅｓｉｓｔｉｎｇｓｔｅｅｌ；ｒａｒｅｅａｒｔｈｅｌｅｍｅｎｔ；ｍａｃｒｏｓｅｇｒｅｇａｔｉｏｎ；ｓｏｌｉｄｓｏｌｕｂｉｌｉｔｙ 收稿日期：2009--09--10 基金项目：国家重点基础研究发展计划资助项目 （Ｎｏ．2004ＣＢ619107） 作者简介：郭宏海 （1981－ ）‚男‚博士研究生；宋 波 （1963－ ）‚男‚教授‚博士生导师‚Ｅ-ｍａｉｌ：ｓｏｎｇｂｏ＠ｍｅｔａｌ．ｕｓｔｂ．ｅｄｕ．ｃｎ 耐候钢广泛应用于铁路和桥梁建设等领域‚其 产量在不断增加‚所以其产品的质量备受关注．钢 中元素分布的均匀性是影响产品质量的重要因素‚ 尤其是对 Ｃ、Ｐ和 Ｓ等易偏析元素的控制‚对钢材的 性能影响很大．传统定量检测元素偏析的方法是钻 样分析法‚这种方法存在较大的取样偶然性和分析 误差‚且不能测定元素偏析的联系分布．原位统计 分布分析技术 （ｏｒｉｇｉｎａｌｐｏｓｉｔｉｏｎｓｔａｔｉｓｔｉｃｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ‚ＯＰＡ） ［1--7］作为一种现代分析检测手段‚采 用无预燃连续激发的方式对样品表面进行扫描分 析‚得到样品表面原始状态下不同成分连续变化的 准确结果‚能够真实地反映出样品表面的成分和缺 陷的变化情况．本研究采用原位统计分布分析技术 系统地研究了耐候钢铸锭中各元素的分布规律． 1 钢液凝固过程中溶质元素的偏析 钢和合金的凝固发生在一定温度和浓度范围 内‚由于溶质元素在液相和固相溶解度的差异、凝固 DOI :10．13374／j．issn1001－053x．2010．01．020