D01:10.13374.isml00103x.2009.07.B4 第31卷第7期 北京科技大学学报 Vol.31 No.7 2009年7月 Journal of University of Science and Technology Beijing JuL 2009 Ce对FeNi膨胀合金凝固组织的影响 杨晓华1,2) 陈伟庆)郝占全) 1)北京科技大学治金与生态工程学院，北京1000832)北京矿治研究总院金属材料研究所.北京100044 摘要Ce对Fe一Ni膨胀合金凝固组织的影响研究结果表明：经Ce处理后，FeNi膨胀合金中形成了大量的高熔点Ce2O; 包芯Al03复合物，尺寸约为2m.错配度理论计算表明，Ce203的某些低指数面与Fe一Ni膨胀合金的低指数面具有7.1%的 较低错配度，因此CeO3作为非均匀形核核心使膨胀合金凝固组织由完全的柱状晶变为完全的等轴晶组织.C在凝固组织 的等轴晶晶界上以Cez03Ce2O2S和CeS形式存在，具有阻止晶粒长大的作用. 关键词膨胀合金铈：凝固组织：错配度 分类号TF777 Effect of Ce on the solidification structure of Fe-Ni base Invar expansion alloys YANG Xiao-hua2.CHEN We-ging,HAO Zhan-quan) 1)School of Metallurgical and Ecological Engineering.University of Science and Technology Beijing.Beijng 100083,China 2)Subrinstitute of Metal Materials,Beijing General Research Institute of Mining M etallurgy.Beiing 100044.China ABSTRACT An investigation on the effect of Ce on the solidification structure of an Fe-Ni base Invar expansion alloy shows that great amount of high-melting compounds (Ce203)with a size of 2.0!m form in the alloy after Ce addition.Based on the theory of lattice misfit,the lattice misfit of low-index surfaces betw een Ce203 and the alloy is 7.1%,which is relatively low;with Ce203 as heterogeneous nudeation,therefore,the solidification structure of the alloy changes from complete dendrite grains to complete equiaxed grains.There are Ce203.Ce2O2S and Ces in the interface of equiaxed grains.which prevent from the growth of crystal grains. KEY WORDS Invar alloy:cerium;solidification structure:lattice misfit 通常情况下，生产F一Ni膨胀合金主要采用非 程中，当冷却速率较低（小于5℃s1)时.出辊带坯 真空治炼、模铸及热锻、热轧工艺，制成8~10mm 柱状晶发达，冷轧性能很差：采用冷却速率很高（大 盘元.再将盘元拉拔成0.2~0.8mm的成品丝材. 于100℃s1)时，带坯可转变为完全等轴晶.冷轧 这种生产工艺具有成材率低、产品表面热裂纹严重 性能较好，但带坯表面很容易出现冷裂纹.笔者经 等缺点.为了解决这一问题，笔者提出了用近终形 过实验研究表明，采用近终形水平连铸工艺生产 水平连铸工艺生产8.0~100mmFe一Ni膨胀合 FeNi膨张合金圆线坯(8.0~10.0mm)时线坯表 金线坯，再将线坯拉拔成0.2~0.8mm的成品丝 面存在的问题同生产薄带坯（厚度为3~10mm)类 材的新工艺，已在半工业试验中获得成功，所研制的 似.因此，采用近终形水平连铸工艺生产Fe一Vi膨 8.0mm膨胀合金线坯经退火后多道次拉拔成丝 胀合金线坯时，既要避免因较大冷却强度而引起的 材，这样既可避免热锻、热轧过程中锻坯、盘元表面 表面冷裂纹问题，又要尽可能控制线坯凝固组织为 产生的热裂纹缺陷，又可大幅度提高盘元成材率，降 等轴晶，使其具有良好的冷加工性能.本文主要研 低生产成本. 究F一Ni膨胀合金凝固组织的细化方法，考察了稀 文献报导)，采用近终形连铸工艺生产Fe一 土Ce对Fe一Ni膨胀合金铸态组织细化的影响，并分 Ni膨胀合金薄带坯（厚度为3~10mm),在连铸过 析其细化机理，以便为近终形水平连铸十直接冷加工 收稿日期：200808-15 作者简介：杨晓华(1969-），男.博士研究生，E-maik yxiaohua@126com陈伟庆(1951一)，男，教授，博士生导师Ce 对 Fe-Ni 膨胀合金凝固组织的影响 杨晓华1, 2) 陈伟庆1) 郝占全1) 1) 北京科技大学冶金与生态工程学院, 北京 100083 2) 北京矿冶研究总院金属材料研究所, 北京 100044 摘 要 Ce 对 Fe-Ni 膨胀合金凝固组织的影响研究结果表明:经 Ce 处理后, Fe-Ni 膨胀合金中形成了大量的高熔点 Ce2O3 包芯 Al2O3 复合物, 尺寸约为 2μm .错配度理论计算表明, Ce2O3 的某些低指数面与 Fe-Ni 膨胀合金的低指数面具有 7.1 %的 较低错配度, 因此 Ce2O3 作为非均匀形核核心使膨胀合金凝固组织由完全的柱状晶变为完全的等轴晶组织.Ce 在凝固组织 的等轴晶晶界上以 Ce2O3 、Ce2O2 S 和 CeS 形式存在, 具有阻止晶粒长大的作用. 关键词 膨胀合金;铈;凝固组织;错配度 分类号 TF777 Effect of Ce on the solidification structure of Fe-Ni base Invar expansion alloys YANG Xiao-hua 1, 2) , CHEN Wei-qing 1) , HAO Zhan-quan 1) 1) School of Met allurgical and Ecologi cal Engineering, University of Science and T echnology Beijing, Beijing 100083, China 2) Sub-institute of Met al Mat erials, Beijing General Research Institute of Mining &M etallurgy, Beijing 100044, China ABSTRACT An investig atio n on the effect of Ce on the solidification structure of an Fe-Ni base I nvar expansion alloy shows that g reat amount of high-melting compounds ( Ce2O3) with a size o f 2.0 μm form in the alloy after Ce additio n.Based on the theory of lattice misfit, the la ttice misfit of low-index surfaces be tw een Ce2O3 and the alloy is 7.1%, which is relatively low ;with Ce2O3 as heterogeneous nucleation, therefore, the solidification structure of the alloy chang es from complete dendrite grains to complete equiaxed g rains .There are Ce2O3, Ce2O2S and CeS in the interface of equiaxed grains, which prevent from the grow th of crystal g rains. KEY WORDS I nvar alloy ;cerium ;solidification structure;lattice misfit 收稿日期:2008-08-15 作者简介:杨晓华( 1969—) , 男, 博士研究生, E-mail:yxiaohua @126.com ;陈伟庆( 1951—) , 男, 教授, 博士生导师 通常情况下, 生产 Fe-Ni 膨胀合金主要采用非 真空冶炼、模铸及热锻 、热轧工艺, 制成 8 ～ 10 mm 盘元, 再将盘元拉拔成 0.2 ～ 0.8 mm 的成品丝材 . 这种生产工艺具有成材率低、产品表面热裂纹严重 等缺点 .为了解决这一问题, 笔者提出了用近终形 水平连铸工艺生产 8.0 ～ 10.0 mm Fe-Ni 膨胀合 金线坯, 再将线坯拉拔成 0.2 ～ 0.8 mm 的成品丝 材的新工艺, 已在半工业试验中获得成功, 所研制的 8.0 mm 膨胀合金线坯经退火后多道次拉拔成丝 材, 这样既可避免热锻 、热轧过程中锻坯、盘元表面 产生的热裂纹缺陷, 又可大幅度提高盘元成材率, 降 低生产成本. 文献报导 [ 1-3] , 采用近终形连铸工艺生产 Fe￾Ni 膨胀合金薄带坯( 厚度为 3 ～ 10 mm) , 在连铸过 程中, 当冷却速率较低( 小于 5 ℃·s -1 ) 时, 出辊带坯 柱状晶发达, 冷轧性能很差 ;采用冷却速率很高( 大 于 100 ℃·s -1 ) 时, 带坯可转变为完全等轴晶, 冷轧 性能较好, 但带坯表面很容易出现冷裂纹 .笔者经 过实验研究表明, 采用近终形水平连铸工艺生产 Fe-Ni 膨胀合金圆线坯( 8.0 ～ 10.0 mm) 时线坯表 面存在的问题同生产薄带坯( 厚度为 3 ～ 10 mm) 类 似 .因此, 采用近终形水平连铸工艺生产 Fe-Ni 膨 胀合金线坯时, 既要避免因较大冷却强度而引起的 表面冷裂纹问题, 又要尽可能控制线坯凝固组织为 等轴晶, 使其具有良好的冷加工性能.本文主要研 究Fe-Ni 膨胀合金凝固组织的细化方法, 考察了稀 土 Ce对 Fe-Ni 膨胀合金铸态组织细化的影响, 并分 析其细化机理, 以便为近终形水平连铸 +直接冷加工 第 31 卷 第 7 期 2009 年 7 月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol .31 No.7 Jul.2009 DOI :10.13374/j .issn1001 -053x.2009.07.034