稀土对高碳硬线钢中B类非金属夹杂物改性/形的研究

摘要

本文研究了稀土的添加对SWRS82B钢中氧化铝夹杂物的数量，大小以及平均尺寸的影响。通过热力学计算以及演变分析的计算结果验证了实验结果，分析了稀土元素添加后对氧化铝夹杂物的演变规律。通过非水溶液电解法观测夹杂物的表面三维的具体形貌。实验结果表明：在添加铈之前，夹杂物的尺寸在8.65μm-11.32μm的范围内，并且形状不规则。当添加铈改性后使得钢液中夹杂物尺寸减小了5.13-6.48μm，夹杂物逐渐球形化。且SWRS82B钢中的Al2O3夹杂物的改性途径为：Al2O3→Ce2S3+CeAlO3+Ce2O2S+Al2O3→Ce2S3+CeAlO3+Ce2O2S/Ce2S3+Ce2O2S→Ce2S3+Ce2O2S。通过边-边匹配模型的计算结果表明，Ce2O2S优先在Al2O3上发生异质形核，γ-Fe优先在Al2O3上发生异质形核。　　随着镧添加量的增多，改性后使得钢液中夹杂物尺寸减小了5.9-7.7μm。通过增加镧的添加量，钢中Al2O3夹杂物的改性途径如下：Al2O3→LaAlO3+La2O3·11Al2O3+La2S3→LaAlO3+La2O2S+La2S3→La2S3+La2O3。通过边-边匹配模型的计算结果表明，LaS优先在Al2O3上发生异质形核。　　随着钇添加量的增加，改性后钢液中夹杂物尺寸减小了6.9-8.6μm。钢中的Al2O3夹杂物的改性途径如下：Al2O3→Y2S3+YAlO3+Al2O3→Y2S3+YAlO3+Y2O2S+YAlO3+Al2O3→Y2S3+Y2O2S。钢液中小颗粒夹杂物（1μm）之间的碰撞主要以布朗碰撞为主。大颗粒夹杂物（2μm）主要以斯托克斯碰撞为主。当两个夹杂物之间尺寸差距越大，斯托克斯碰撞频率值越大，夹杂物间的碰撞长大及上浮会使原本大尺寸的氧化铝夹杂物转变为小颗粒的稀土复合夹杂。通过上述理论和实验研究发现稀土钇对氧化铝夹杂物改性效果最好，稀土镧次之，稀土铈改性效果最差。

目录

第一章 绪论

1.1国内外高碳钢研究现状

1.2钢中非金属夹杂物对钢材性能影响

1.3稀土在高碳钢中作用

1.4本课题的研究意义及主要内容

第二章 实验材料、设备及研究方法

2.1钢样制备实验步骤

2.2实验相关检测设备

2.3实验方案

2.4非水溶液电解

2.5相关软件

第三章 铈元素对高碳钢中氧化铝夹杂物影响

3.1夹杂物形貌及成分

3.2夹杂物特征

3.3夹杂物热力学分析

3.4夹杂物演变过程分析

3.5电解法萃取夹杂物

3.6小结

第四章 镧元素对高碳钢中氧化铝夹杂物影响

4.1夹杂物形貌和成分

4.2夹杂物特征

4.3夹杂物热力学分析

4.4夹杂物演变过程分析

4.5电解法萃取夹杂物

4.6小结

第五章 钇元素对高碳钢中氧化铝夹杂物影响

5.1夹杂物形貌和成分

5.2夹杂物特征

5.3夹杂物热力学分析

5.4夹杂物演变过程分析

5.5电解法萃取夹杂物

5.6小结

第六章 结论

致谢

参考文献

附录

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