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