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第1期 郭宏海等：稀土元素对耐候钢元素偏析的影响 .47. 低，但还是达到了0.6347，中心偏析较为严重；3试 0.8 0.6 样中添加了0.550%的RE元素，看不到明显的正偏 0.6 0.5 析带，分布也均匀了很多，有局部缩孔，其统计偏析 度降低到了0.10554试样中添加0.380%的RE元 0.4 0.2图 素，看不到明显的偏析带，分布均匀，实验结果表 0.1罡 明，耐候钢中加入RE后，C元素的中心偏析得到了 0 4 明显的改善，分布也较为均匀 统计偏析度0.70660.63470.10550.1130 +RE质量分数00.0600.5500380 表4耐候钢铸锭中C元素的最大偏析度 炉号 Table 4 Maxmun degmees of segrgation of catbon in weather wesistng 图3耐候钢铸锭中C元素统计偏析度 steel ingots Fig3 Statistic degmes of segregation ofC in weather resisting steel 试样 平均含量 最大偏析点 95%置信 最大 ingots 号（质量分数）% 位置(y) 区间 偏析度 3.2P元素的原位统计分布分析 1 0.189 (22.67,24.00)[0.147,0.383]22.121 P是提高耐候钢耐大气腐蚀性的主要合金元 2 0.190 (17.8720.00)[0.141.0.351]26.706 素，但含P钢由于固液相区较宽，P元素偏析倾向严 3 0.167 (3.47,28.00) [0.155.0.19012.358 重，极大地影响了钢材的质量，由图4可以看出，试 4 0.180 (34.67,38.00)[0.1600.20112.497 样中P元素呈中心负偏析，在试样的边缘还出现反 图4P元素含量三维分布图 Fig 4 Threediensional contour distrbution maps of P 偏析，并且在分析区域内分布极不均匀，P的原子 P元素的液相流动，改善偏析， 半径远大于奥氏体中八面体间隙的半径，与金属离 0.5 0.6 子之间的半径差也很大，P在合金中无论以间隙方 0.4 式存在，还是以置换方式存在，都会引起极大的晶格 03 畸变，其固溶度很低，凝固过程中，当P在固体表面 0.2 结合的密度高于一定程度时，其他元素再与这种表 01 群 0.4 10.3 0.2 面结合将极为困难，因而阻碍合金的凝固，此时必须 0 0 1号样2号样3号样4号样 将P从固体表面排斥出去，凝固才能继续进行，所 ☒统计偏析度 0.46190.45130.37230.3474 以P在晶内的浓度极低，在凝固后期，残余液体中 +RE质量分数00.0060.5500.380 P的浓度已经很高，P由固体的晶面向含P高的液 图5耐候钢铸锭中P元素统计偏析度 体扩散，并且需要扩散到很低的浓度以使凝固继续 Fig 5 Statistic degrees of segregation of P n weather msisting steel ingots 进行，这种过程很困难，因此，在凝固后期高P合金 中剩余少量液体长期不凝固，直到温度降得很低，达 3.3S元素的原位统计分布分析 到其凝固点时才能完全凝固，这使得部分液体受到 从图6可以看出，$元素呈明显的中心正偏析， 挤压沿着凝固方向反向流动，甚至使部分枝晶重熔， 虽然在2试样中加入0.0069%的RE但中心偏析并 造成了严重的反偏析 没有有所改善；3试样和④试样中加入了较高的RE 1试样的统计偏析度达到了0.4619：2试样中 元素，使试样晶粒得到了细化，长程的液相流动减 加入了0.006%的RE但效果改善不是很明显，统 少，有效地抑制了其在液相的富集，中心偏析基本消 计偏析度降低为0.4513,3试样和4试样加入了较 除，统计偏析度也有所降低，3试样中S质量分数 高的RE其统计偏析度下降到了0.3723和0.3474 为0.004%，低于4试样的0.008%，其统计偏析度 (图5)，耐候钢中加入RE可以细化晶粒，诚小富集 也降低到0.0453（图7）可以看出，钢中加入RE第 1期 郭宏海等： 稀土元素对耐候钢元素偏析的影响 低但还是达到了 0∙6347中心偏析较为严重；3 ＃试 样中添加了 0∙550％的 ＲＥ元素看不到明显的正偏 析带分布也均匀了很多有局部缩孔其统计偏析 度降低到了0∙1055；4 ＃试样中添加0∙380％的 ＲＥ元 素看不到明显的偏析带分布均匀．实验结果表 明耐候钢中加入 ＲＥ后Ｃ元素的中心偏析得到了 明显的改善分布也较为均匀． 表 4 耐候钢铸锭中 Ｃ元素的最大偏析度 Ｔａｂｌｅ4 Ｍａｘｉｍｕｍｄｅｇｒｅｅｓｏｆｓｅｇｒｅｇａｔｉｏｎｏｆｃａｒｂｏｎｉｎｗｅａｔｈｅｒ-ｒｅｓｉｓｔｉｎｇ ｓｔｅｅｌｉｎｇｏｔｓ 试样 号 平均含量 （质量分数 ）／％ 最大偏析点 位置 （ｘｙ） 95％置信 区间 最大 偏析度 1 0∙189 （22∙6724∙00） ［0∙1470∙383］ 22∙121 2 0∙190 （17∙8720∙00） ［0∙1410∙351］ 26∙706 3 0∙167 （3∙4728∙00） ［0∙1550∙190］ 2∙358 4 0∙180 （34∙6738∙00） ［0∙1600∙201］ 2∙497 图 3 耐候钢铸锭中 Ｃ元素统计偏析度 Ｆｉｇ．3 ＳｔａｔｉｓｔｉｃｄｅｇｒｅｅｓｏｆｓｅｇｒｅｇａｔｉｏｎｏｆＣｉｎｗｅａｔｈｅｒ-ｒｅｓｉｓｔｉｎｇｓｔｅｅｌ ｉｎｇｏｔｓ 3∙2 Ｐ元素的原位统计分布分析 Ｐ是提高耐候钢耐大气腐蚀性的主要合金元 素但含 Ｐ钢由于固液相区较宽Ｐ元素偏析倾向严 重极大地影响了钢材的质量．由图 4可以看出试 样中 Ｐ元素呈中心负偏析在试样的边缘还出现反 图 4 Ｐ元素含量三维分布图 Ｆｉｇ．4 Ｔｈｒｅｅ-ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｃｏｎｔｏｕｒｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｍａｐｓｏｆＰ 偏析并且在分析区域内分布极不均匀．Ｐ的原子 半径远大于奥氏体中八面体间隙的半径与金属离 子之间的半径差也很大Ｐ在合金中无论以间隙方 式存在还是以置换方式存在都会引起极大的晶格 畸变其固溶度很低．凝固过程中当 Ｐ在固体表面 结合的密度高于一定程度时其他元素再与这种表 面结合将极为困难因而阻碍合金的凝固此时必须 将 Ｐ从固体表面排斥出去凝固才能继续进行所 以 Ｐ在晶内的浓度极低．在凝固后期残余液体中 Ｐ的浓度已经很高Ｐ由固体的晶面向含 Ｐ高的液 体扩散并且需要扩散到很低的浓度以使凝固继续 进行这种过程很困难．因此在凝固后期高 Ｐ合金 中剩余少量液体长期不凝固直到温度降得很低达 到其凝固点时才能完全凝固这使得部分液体受到 挤压沿着凝固方向反向流动甚至使部分枝晶重熔 造成了严重的反偏析． 1 ＃试样的统计偏析度达到了 0∙4619；2 ＃试样中 加入了 0∙006％的 ＲＥ但效果改善不是很明显统 计偏析度降低为 0∙4513；3 ＃试样和 4 ＃试样加入了较 高的 ＲＥ其统计偏析度下降到了 0∙3723和 0∙3474 （图 5）．耐候钢中加入 ＲＥ可以细化晶粒减小富集 Ｐ元素的液相流动改善偏析． 图 5 耐候钢铸锭中 Ｐ元素统计偏析度 Ｆｉｇ．5 ＳｔａｔｉｓｔｉｃｄｅｇｒｅｅｓｏｆｓｅｇｒｅｇａｔｉｏｎｏｆＰｉｎｗｅａｔｈｅｒ-ｒｅｓｉｓｔｉｎｇｓｔｅｅｌ ｉｎｇｏｔｓ 3∙3 Ｓ元素的原位统计分布分析 从图 6可以看出Ｓ元素呈明显的中心正偏析． 虽然在 2 ＃试样中加入 0∙006％的 ＲＥ但中心偏析并 没有有所改善；3 ＃试样和 4 ＃试样中加入了较高的 ＲＥ 元素使试样晶粒得到了细化长程的液相流动减 少有效地抑制了其在液相的富集中心偏析基本消 除统计偏析度也有所降低．3 ＃试样中 Ｓ质量分数 为 0∙004％低于 4 ＃试样的 0∙008％其统计偏析度 也降低到 0∙0453（图 7）．可以看出钢中加入 ＲＥ ·47·