,46 北京科技大学学报 第32卷 这部分固溶稀土使铁素体量增大，改善带状组织，细 加钢中RE含量，固溶RE量并不会显著增加. 化晶粒及抑制高温晶粒长大和晶界腐蚀，可以起到 表3耐候钢中RE固溶度 微合金化的作用，稀土微合金化有净化晶界和固溶 Table 3 Solid sohbility of RE n weather resistng steel 强化的作用，同时可改善铸态组织、缩短柱状晶以及 炉号 RE质量分数%固溶RE质量分数%固溶率% 减轻偏析· 2 0.008 0.001 12.5 为研究钢中RE对耐候钢合金化和P偏析的影 0.550 0.019 3.35 响，采用无水电解法对RE在耐候钢中的固溶度进 0.380 0.017 4.47 行测定，其结果如表3所示，随着RE加入量的增 大，固溶RE含量也随着增大，当RE质量分数达到 钢和合金的凝固发生在一定温度和浓度范围 0.380%时固溶RE可以达到0.017%，当RE质量 内，由于溶质元素在液相和固相溶解度的差异、凝固 分数升高到0.550%时固溶RE却没有显著的升高， 前后组织差异等造成的液相流动，在凝固组织中产 只有0.019%，说明大量RE在加入过程中烧损，固 生了溶质元素分布的不均匀性，常称之为宏观偏析 溶率却随着RE质量分数的增大而减小，由12.5% 宏观偏析是一种化学成分不均匀现象，是凝固过程 降低到只有3.3%.RE与铁原子是互溶的，但其在 中溶质再分配的必然结果，偏析会使铸件、锻轧件 铁基溶液中的分配系数极小，大量RE以夹杂物的 产品的力学性能降低，特别是韧性、塑性和抗腐蚀性 形态存在，只有固溶RE能在钢中起到微合金化的 下降.因此减轻偏析是保证钢材质量的重要任务， 作用，当钢中RE质量分数超过0.038%后，继续增 图1为耐候钢铸锭凝固组织低倍照片，1试样 RE:O RE0.008% RE.0.550% RE-0.380% 图1耐候钢铸锭低倍组织 Fig1 Macmstnichure of weather mesistng steel ingots 没有添加RE元素，柱状晶和中心等轴晶尺寸都要 布图，表4为分析区域内C元素的最大偏析点位 比添加RE的其他试样粗大；2试样添加0.008%的 置、9%置信区间以及最大偏析度，图3为分析区域 RE元素，柱状晶和等轴晶都比1试样要细；3试样 内C元素的统计偏析度.可以看出，1试样中没有 和4试样分别添加0.550%和0.380%的RE柱状 添加RE元素，有明显的正偏析带，伴随有中心疏松 晶和中心等轴晶尺寸都较细，枝晶明显得到了细化， 和裂纹，其最大偏析度偏离平均值较大，同时95% 可见，添加RE元素后细化晶粒的作用非常明显，会 置信区间含量范围跨度较大，造成该分析区域内C 对耐候钢铸锭凝固过程中富集溶质液相的流动产生 元素的统计偏析度较大，达到了0.7066表明C元 影响，可以减弱长程的液相流动，并改善宏观偏析· 素的局部富集较为严重；2试样中虽然添加了 3.1C元素的原位统计分布分析 0.006%的RE元素，但还是有明显的正偏析带，伴 图2为耐候钢铸锭C元素在横截面的三维分 随有中心疏松和裂纹，统计偏析度比1试样有所降 图2C元素含量三维分布图 Fig 2 Three diensional con lour distribution maps of C北 京 科 技 大 学 学 报 第 32卷 这部分固溶稀土使铁素体量增大‚改善带状组织‚细 化晶粒及抑制高温晶粒长大和晶界腐蚀‚可以起到 微合金化的作用．稀土微合金化有净化晶界和固溶 强化的作用‚同时可改善铸态组织、缩短柱状晶以及 减轻偏析． 为研究钢中 ＲＥ对耐候钢合金化和 Ｐ偏析的影 响‚采用无水电解法对 ＲＥ在耐候钢中的固溶度进 行测定‚其结果如表 3所示．随着 ＲＥ加入量的增 大‚固溶 ＲＥ含量也随着增大‚当 ＲＥ质量分数达到 0∙380％时固溶 ＲＥ可以达到 0∙017％‚当 ＲＥ质量 分数升高到 0∙550％时固溶 ＲＥ却没有显著的升高‚ 只有 0∙019％‚说明大量 ＲＥ在加入过程中烧损．固 溶率却随着 ＲＥ质量分数的增大而减小‚由 12∙5％ 降低到只有3∙35％．ＲＥ与铁原子是互溶的‚但其在 铁基溶液中的分配系数极小‚大量 ＲＥ以夹杂物的 形态存在‚只有固溶 ＲＥ能在钢中起到微合金化的 作用‚当钢中 ＲＥ质量分数超过 0∙038％后‚继续增 加钢中 ＲＥ含量‚固溶 ＲＥ量并不会显著增加． 表 3 耐候钢中 ＲＥ固溶度 Ｔａｂｌｅ3 ＳｏｌｉｄｓｏｌｕｂｉｌｉｔｙｏｆＲＥｉｎｗｅａｔｈｅｒ-ｒｅｓｉｓｔｉｎｇｓｔｅｅｌ 炉号 ＲＥ质量分数／％ 固溶 ＲＥ质量分数／％ 固溶率／％ 2 0∙008 0∙001 12∙5 3 0∙550 0∙019 3∙35 4 0∙380 0∙017 4∙47 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 前后组织差异等造成的液相流动‚在凝固组织中产 生了溶质元素分布的不均匀性‚常称之为宏观偏析． 宏观偏析是一种化学成分不均匀现象‚是凝固过程 中溶质再分配的必然结果．偏析会使铸件、锻轧件 产品的力学性能降低‚特别是韧性、塑性和抗腐蚀性 下降．因此减轻偏析是保证钢材质量的重要任务． 图 1为耐候钢铸锭凝固组织低倍照片．1 ＃试样 图 1 耐候钢铸锭低倍组织 Ｆｉｇ．1 Ｍａｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｗｅａｔｈｅｒ-ｒｅｓｉｓｔｉｎｇｓｔｅｅｌｉｎｇｏｔｓ 图 2 Ｃ元素含量三维分布图 Ｆｉｇ．2 Ｔｈｒｅｅ-ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｃｏｎｔｏｕｒｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｍａｐｓｏｆＣ 没有添加 ＲＥ元素‚柱状晶和中心等轴晶尺寸都要 比添加 ＲＥ的其他试样粗大；2 ＃试样添加 0∙008％的 ＲＥ元素‚柱状晶和等轴晶都比 1 ＃试样要细；3 ＃试样 和 4 ＃试样分别添加 0∙550％和 0∙380％的 ＲＥ‚柱状 晶和中心等轴晶尺寸都较细‚枝晶明显得到了细化． 可见‚添加 ＲＥ元素后细化晶粒的作用非常明显‚会 对耐候钢铸锭凝固过程中富集溶质液相的流动产生 影响‚可以减弱长程的液相流动‚并改善宏观偏析． 3∙1 Ｃ元素的原位统计分布分析 图 2为耐候钢铸锭 Ｃ元素在横截面的三维分 布图‚表 4为分析区域内 Ｃ元素的最大偏析点位 置、95％置信区间以及最大偏析度‚图 3为分析区域 内 Ｃ元素的统计偏析度．可以看出‚1 ＃试样中没有 添加 ＲＥ元素‚有明显的正偏析带‚伴随有中心疏松 和裂纹‚其最大偏析度偏离平均值较大‚同时 95％ 置信区间含量范围跨度较大‚造成该分析区域内 Ｃ 元素的统计偏析度较大‚达到了 0∙7066‚表明 Ｃ元 素的局部富集较为严重；2 ＃试样中虽然添加了 0∙006％的 ＲＥ元素‚但还是有明显的正偏析带‚伴 随有中心疏松和裂纹‚统计偏析度比 1 ＃试样有所降 ·46·