D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1983.01.006 北京钢铁半院学报 1983年第1期 铈对高锰钢奥氏体胞晶稳定性 及锰的枝晶偏析的影响 铸工教研室胡汉起钟雪友力航 摘 要 作者对铸造用高锰钢采用定向凝固并严格控制工艺参数获得了稳定的奥氏体胞晶 组织，发现随着铈量增加，胞晶前沿转向枝晶发展，并有游离晶出现。与此同时， 用电子探针微区分析考察了铈对高锰钢中锰在定向凝固条件下获得的胞晶、柱状 晶及等轴晶内偏析的定量影响，在前人研究成果的基础上，考虑到固相反扩散这一 因素，导出了高锰钢中锰元素的溶质分布表达式，通过对实验数据进行理论分析， 发现溶质平衡分配系数K。值是影响枝晶偏析的决定性因素。 一、前 言 稀土元素缩小钢铸锭（件）中的柱状晶区、扩大等轴晶区、并细化晶粒的作用已为不 少文献所报导1,2,3、4)。稀土元素的这一作用被认为是稀土夹杂的非均质形核作用造成 的。大桥彻郎通过自己的过冷度实验并根据Bramfit的非均质形核匹配度的计算证明稀土 氧化物比A12O,、SiO2等更可能成为非自发晶核5)。近年来国内陆续报导了稀土元素在 铁基合金中能够固溶，并有合金化作用的效果〔2、G、7、8)。作者最近采用定向凝固工艺 获得了高锰钢单相奥氏体的平面晶组织，在此基础上测定了C的溶质平衡分配系数K。 值9)。这就更加明确了稀土元素加人钢中之后除了形成夹杂外，剩余的量将会溶解于钢 液并在长大着的晶体固一液面上进行溶质的平衡分布，即稀土元素以原子状态-一部分固溶 于已凝固相之中，同时在固液界面前沿的液相一侧造成富集。这些新的研究成果势必会扩 大我们对稀土元素在细化钢的结晶组织方面所起作用的认识。为此，有必要用实验手段来 证明稀土元素在凝固前沿的富集作用对结晶组织的影响。 稀土元素改变钢中其它合金元素的枝晶偏析已为不少研究成果所证实(2、3、4,10)。 但是，已往的工作多是在工业条件下进行的，凝固工艺参数控制不易严格，要深入考察稀 土元素对钢的凝固及偏析的影响，必须严格控制工艺条件，即液相温度梯度G与凝固速 度R值。否则，这些外界因素的影响可能会掩盖稀土元素的作用。六十年代以来，许多研 究者对金属的枝晶生长及溶质元素的显微偏析从理论到实验做了大量工作并导出了描述合 64北 京 铜 铁 学 院 学 报 年 第 期 钵对高锰钢奥氏体胞晶稳定性 及锰的枝晶偏析的影响 铸 工 教研 室 胡汉起 钟 雪友 力航 摘 要 作者对铸造 用高锰钢采用定 向凝固 并严格控制工艺 参数 获得了 稳定 的奥氏体胞 晶 组织 ，发现随着饰 量增 加 ， 胞晶前沿转 向枝晶发展 ， 并有游离晶 出现 。 与此同时 ， 用 电子探针微区 分析考察了柿 对 高锰钢中锰在定 向凝固 条件下获得的胞晶 、 柱状 晶及等 轴晶内偏析 的定量影响 。 在前人研究成果 的基础 上 ， 考 虑到固相反扩 散 这一 因素 ， 导 出了高锰钢 中锰元素 的溶 质分布表 达式 ，通 过对实验数据进行理论分析 ， 发现溶质平 衡分 配系数 。 值是 影响枝晶偏析的决定性 因素 。 一 、 前 一 一 舀 稀土元素缩 小钢铸锭 件 中的柱状晶区 、 扩大等轴晶区 、 并细化晶粒 的作 用 已为不 少文献所报导〔 、 、 、 ‘ 〕 。 稀 土元素 的这一作 用被认 为是稀 土夹杂 的非均质形核 作 用 造 成 的 。 大桥彻郎通过 自己 的过 冷度实验并根 据 的非均质形 核匹配度的计算证明 稀 土 氧化物比 、 等更可能成 为非 自发晶核〔 “ 〕 。 近年来国 内陆续报导了稀土 元 素在 铁基合金 中能够固 溶 ， 并有合金化作 用 的效果〔 、 、 、 〕 。 作者最近采用定 向 凝固 工 艺 获得了高锰 钢单相奥氏体 的平面晶 组织 ， 在此基 础上 测定了 的溶质平 衡 分配 系 数 。 值〔 〕 。 这 就更 加明确了稀土元素 加人钢 中之 后除了形成夹杂外 ， 剩余的 量将会溶解 于 钢 液并 在长大 着 的晶 体固一液面上进行溶质的平衡分 布 ， 即稀土元素以原子 状态一 部分固溶 于 已凝固相之 中， 同时 在固液 界面前沿 的液相一侧 造成富集 。 这些新 的研究成果 势必会扩 大我们对稀 土元素在细 化钢 的结晶组 织方面所起作 用 的认识 。 为此 ， 有必 要用实验 手段来 证明稀 土元素在 凝固前沿 的 富集 作 用 对结晶组织 的影 响 。 稀土元素改变钢 中其它合金元素的枝晶偏析 已 为不少研究成果 所 证 实〔 、 、 ‘ 、 〕 。 但是 ， 已往 的工作多是在工业 条件下进行 的 ， 凝固 工艺 参数控制不易严格 ， 要深入考察稀 土元 素对钢 的凝固及 偏析的影响 ， 必 须 严格 控制工艺条件 ， 即液相温度梯度 ‘ 与凝 固 速 度 值 。 否则 ， 这 些外界因素的影响可能会掩盖稀土元素 的作用 。 六 十年代以来 ， 许多 研 究者对余属的枝晶生长及溶质元素的显微偏析从理论到实验做了大 工作并导出了描 述合 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1983．01．006