·536 北京科技大学学报 第34卷 究者们讨论最多的是所谓的贫锰区机理同和错配 针状铁素体的影响. 度机理时.Zhang等们认为夹杂物的数量与尺寸分 布对形核针状铁素体起主导作用：但0h等则认 1实验材料与方法 为在有效形核针状铁素体上夹杂物的体积分数比夹 本研究进行了三炉实验，实验过程如下：首先将 杂物的种类与尺寸分布更重要.此外，在稀土元素 1kg基铁料与100g炉渣（仅第一炉和第二炉使用炉 对夹杂物的变性作用方面，李长荣等回认为稀土元 渣)装入Mg0坩埚中，并将坩埚放置于Si-Mo电阻 素可以与钢液中的氧化铝作用生成塑性的稀土铝酸 炉的恒温区中，加热至1600℃，保温一段时间，加入 盐夹杂物，有望成为高品质硬线钢变性处理的一种 固体稀土丝，成分（质量分数)为：Ce,51%;La, 方法.总之，研究者们对于夹杂物种类、尺寸分布和 49%.最后作水淬处理.炉渣成分（质量分数）为： 体积分数对针状铁素体形成的影响方面谁起主导作 Ca0,50%;Si02,25%:Al203,10%;Mg0,10%: 用众说纷纭，没有相对统一的认识，同时关于稀土夹 Fez03,5%.第1~3炉铸样依次标号为A~C号 杂物特征对针状铁素体形成的影响研究较少.基于 钢，取铸样的相同部位采用化学分析法分析钢的化 此，本文研究了稀土处理钢中稀土夹杂物的特征对 学成分，结果如表1所示 表1A~C号钢的化学成分（质量分数） Table 1 Chemical composition of Steel A,B and C % 钢号 C Mn Sol.Al La Ce T.0 A 0.110 0.45 0.96 <0.015 0.0078 0.0032 0.0018 0.0022 0.0021 0.130 0.32 0.91 <0.015 0.0110 0.0032 0.0120 0.0160 0.0022 C 0.120 0.22 1.00 <0.015 0.0091 0.0014 0.0120 0.0160 0.0081 注：Sl.A1代表钢中酸溶铝，T.0代表钢中总氧. 在得到铸样的相同部位中取一小块10mm× 积分数，统计采用的网格是25点网格且统计总点数 10mm×l0mm的立方钢样，将钢样磨光并抛光至镜 为1000 面.首先用SEM-EDS(JEOL JSM6480M)确定夹杂 2实验结果 物的形貌和成分，每个试样观察约100个夹杂物. 利用光学显微镜(Leica DM6OO0M)来统计夹杂物 2.1钢样的微观组织 的尺寸，并利用光镜自带的夹杂物分布统计软件来 三炉实验钢的微观组织如图1所示.三种钢中 统计夹杂物的尺寸分布，统计的有效面积为 铁素体组织主要有魏氏体(WF)、贝氏体(BF)、晶界 2.6mm',进而利用Dehoff公式算出夹杂物的体积 型铁素体(GBF)和针状铁素体(IAF).A号钢的组 分数. 织有大量魏氏体、贝氏体和体积分数为3%的针状 其次，用3%的硝酸乙醇溶液腐蚀钢样，用真实 铁素体.B号钢的组织里有晶界型铁素体、少量魏 色共聚焦微观显微镜(Lasertec Optelics C130)观察 氏体和体积分数为12%的针状铁素体.文献11] 铸样的微观组织，并利用SEM-EDS确定针状铁素 报道较高的锰含量可以抑制晶界型铁素体的生成， 体形核核心的夹杂物粒子类型.此外，利用数点法 而晶界又是铁素体优先的形核位置，所以具有相对 (point counting method)a来统计针状铁素体的体 低的锰含量(0.91%)的B号钢会出现晶界型铁素 (c) 100m 100m 1004m 图1A~C号钢中的微观组织.(a)A号钢：(b)B号钢：(c)C号钢 Fig.1 Microstructures of Steel A,B and C:(a)Steel A:(b)Steel B:(c)Steel C北 京 科 技 大 学 学 报 第 34 卷 究者们讨论最多的是所谓的贫锰区机理［3］和错配 度机理［6］． Zhang 等［7］认为夹杂物的数量与尺寸分 布对形核针状铁素体起主导作用; 但 Oh 等［8］则认 为在有效形核针状铁素体上夹杂物的体积分数比夹 杂物的种类与尺寸分布更重要． 此外，在稀土元素 对夹杂物的变性作用方面，李长荣等［9］认为稀土元 素可以与钢液中的氧化铝作用生成塑性的稀土铝酸 盐夹杂物，有望成为高品质硬线钢变性处理的一种 方法． 总之，研究者们对于夹杂物种类、尺寸分布和 体积分数对针状铁素体形成的影响方面谁起主导作 用众说纷纭，没有相对统一的认识，同时关于稀土夹 杂物特征对针状铁素体形成的影响研究较少． 基于 此，本文研究了稀土处理钢中稀土夹杂物的特征对 针状铁素体的影响． 1 实验材料与方法 本研究进行了三炉实验，实验过程如下: 首先将 1 kg 基铁料与 100 g 炉渣( 仅第一炉和第二炉使用炉 渣) 装入 MgO 坩埚中，并将坩埚放置于 Si--Mo 电阻 炉的恒温区中，加热至 1 600 ℃，保温一段时间，加入 固体 稀 土 丝，成 分 ( 质 量 分 数) 为: Ce，51% ; La， 49% ． 最后作水淬处理． 炉渣成分( 质量分数) 为: CaO，50% ; SiO2，25% ; Al2O3，10% ; MgO，10% ; Fe2O3，5% ． 第 1 ～ 3 炉铸样依次标号为 A ～ C 号 钢，取铸样的相同部位采用化学分析法分析钢的化 学成分，结果如表 1 所示． 表 1 A ～ C 号钢的化学成分( 质量分数) Table 1 Chemical composition of Steel A，B and C % 钢号 C Si Mn P S Sol． Al La Ce T． O A 0. 110 0. 45 0. 96 ＜ 0. 015 0. 007 8 0. 003 2 0. 001 8 0. 002 2 0. 002 1 B 0. 130 0. 32 0. 91 ＜ 0. 015 0. 011 0 0. 003 2 0. 012 0 0. 016 0 0. 002 2 C 0. 120 0. 22 1. 00 ＜ 0. 015 0. 009 1 0. 001 4 0. 012 0 0. 016 0 0. 008 1 注: Sol． Al 代表钢中酸溶铝，T． O 代表钢中总氧． 图 1 A ～ C 号钢中的微观组织． ( a) A 号钢; ( b) B 号钢; ( c) C 号钢 Fig． 1 Microstructures of Steel A，B and C: ( a) Steel A; ( b) Steel B; ( c) Steel C 在得到铸样的相同部位中取一小块 10 mm × 10 mm × 10 mm 的立方钢样，将钢样磨光并抛光至镜 面． 首先用 SEM--EDS( JEOL JSM--6480M) 确定夹杂 物的形貌和成分，每个试样观察约 100 个夹杂物． 利用光学显微镜( Leica DM 6000M) 来统计夹杂物 的尺寸，并利用光镜自带的夹杂物分布统计软件来 统计夹杂物的尺寸分布，统 计 的 有 效 面 积 为 2. 6 mm2 ，进而利用 Dehoff 公式算出夹杂物的体积 分数． 其次，用 3% 的硝酸乙醇溶液腐蚀钢样，用真实 色共聚焦微观显微镜( Lasertec Optelics C130) 观察 铸样的微观组织，并利用 SEM － EDS 确定针状铁素 体形核核心的夹杂物粒子类型． 此外，利用数点法 ( point counting method) ［10］来统计针状铁素体的体 积分数，统计采用的网格是 25 点网格且统计总点数 为 1 000． 2 实验结果 2. 1 钢样的微观组织 三炉实验钢的微观组织如图 1 所示． 三种钢中 铁素体组织主要有魏氏体( WF) 、贝氏体( BF) 、晶界 型铁素体( GBF) 和针状铁素体( IAF) ． A 号钢的组 织有大量魏氏体、贝氏体和体积分数为 3% 的针状 铁素体． B 号钢的组织里有晶界型铁素体、少量魏 氏体和体积分数为 12% 的针状铁素体． 文献［11］ 报道较高的锰含量可以抑制晶界型铁素体的生成， 而晶界又是铁素体优先的形核位置，所以具有相对 低的锰含量( 0. 91% ) 的 B 号钢会出现晶界型铁素 ·536·