钢中稀土铈与低熔点金属锡的作用规律研究

论文摘要

从保护环境和节约资源的角度考虑,以废钢为主要原料的短流程炼钢具有重要意义。但是在废钢的循环使用过程中,不可避免地将带入锡、铅、锑等低熔点金属元素,这些低熔点金属元素在常规的炼钢工艺过程中不能有效脱除而被带到轧制的钢材中,从而“恶化”了钢材的质量。稀土元素和钢液中的有害杂质氧、硫、磷等有较强的亲和力,常用来净化钢液。本文根据Ce-Sn二元相图,稀土元素铈能与低熔点金属锡生成铈锡化合物的性质,研究了稀土金属铈和低熔点金属锡的作用,并应用X射线衍射仪、金相显微镜、电子探针、显微硬度计等实验分析方法,对稀土金属铈与低熔点金属锡的作用产物进行了研究。实验结果表明:在熔渗试样中生成铈锡化合物CeSn3相,该相在明场下和背散射电子下均为浅灰色。CeSn3相在空气中放置较长时间,会与水蒸气发生反应并生成Ce（OH）3和Sn,稳定性较差。在钢液中铈和锡浓度均较高的条件下,铸态试样中生成含有少量铁原子的铈锡化合物Ce3Sn7相,该相的粒度较小,沿晶界分布,在明视场中呈深灰色,光反射能力低于基体。铸态试样经奥氏体区高温处理后,钢中的Ce3Sn7相化合为三元FeCe3Sn6相,尺度显著增大,在明视场中呈浅灰色,与基体的颜色接近。在退火状态下,钢中FeCe3Sn6相的显微硬度为270±10HV0.05,远大于基体的显微硬度;该相在干燥器中和碱性溶液中稳定,在纯净水中即可受蚀,在酸性水溶液中的受蚀速度小于基体的受蚀速度。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 稀土元素及其性质
• 1.1.1 稀土元素简介
• 1.1.2 稀土元素的电子层结构特点
• 1.1.3 稀土元素的物理性质
• 1.1.4 稀土元素的化学性质
• 1.2 钢中低熔点金属
• 1.2.1 低熔点金属元素简介
• 1.2.2 钢中低熔点金属的主要来源
• 1.2.3 低熔点金属在钢中的偏析
• 1.2.4 低熔点金属对钢材性能的影响
• 1.3 稀土在钢中的作用机制
• 1.3.1 钢液净化作用
• 1.3.2 变质作用
• 1.3.3 微合金化作用
• 1.4 稀土对钢性能的影响
• 1.4.1 拉伸性能
• 1.4.2 耐磨及耐腐蚀性能
• 1.4.3 疲劳性能
• 1.4.4 冲击性能
• 1.4.5 抗氧化性能
• 1.5 稀土在钢中的应用概况
• 1.6 本工作的研究内容和意义
• 第二章 实验
• 2.1 实验原料
• 2.2 实验方案
• 2.3 熔渗实验
• 2.4 熔炼实验
• 2.5 试样制备及检测
• 第三章 结果与分析
• 3.1 熔渗试样分析
• 3.1.1 显微组织分析
• 3.1.2 相结构分析
• 3.1.3 相组成成分分析
• 3相在空气中的稳定性'>3.1.4 CeSn₃相在空气中的稳定性
• 3.2 熔炼试样分析
• 3.2.1 铈和锡的收得率
• 3.2.2 铸态试样的析出相
• 3.2.3 退火试样的析出相
• 3.3 铈锡化合物的热力学分析
• 3.3.1 Miedema二元生成热模型
• 3和Ce₃Sn₇的标准生成自由能'>3.3.2 CeSn₃和Ce₃Sn₇的标准生成自由能
• 3.3.3 标准生成自由能分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 钢中析出相的显微硬度与化学稳定性
• 4.1 显微硬度
• 4.2 化学稳定性
• 4.3 本章小结
• 第五章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录