钢中稀土铈与砷相互作用研究
Fe基体中稀土元素Ce与Pb的相互作用
Fe基体中稀土元素Ce与Pb的相互作用通过熔炼实验研究了在Fe基体中Ce与Pb的相互作用，EPMA分析和金属的化学键理论表明，Ce对Pb在Fe基体中的分布有控制作用，并可生成Ce-Pb 高熔点金属间化合物CePb，改善杂质元素Pb对钢性能的危害。
采用Miedema 模型计算，从热力学上证明了实验分析结果。
标签：铈；铅；相互作用随着钢材需求量的不断加大，以废钢为主要原料的短流程炼钢被普遍看好。
但在废钢的循环使用过程中，不可避免地将铅等低熔点金属带入到炼钢炉中。
由于这些金属的氧化位比铁低，在常规的炼钢工艺中不能有效去除，且易在晶界富集，恶化钢的质量，使钢材发生表面裂纹、热处理回火脆性，以及高温持久强度和抗应力腐蚀强度明显下降等问题。
因此，对钢中低熔点金属元素含量的控制及去除问题成为新的研究热点。
稀土元素几乎是唯一能与钢中Pb、Sn等有害元素化合的元素，这是因为稀土元素因电子结构特殊而具有极强的化学活性。
本文通过熔炼实验，采用EPMA 分析和金属的化学键理论研究Fe基体中铈与铅的相互作用，为降低Pb对钢的危害提供依据。
1 实验材料与方法1.1 实验材料实验材料有低杂质、低合金元素的工业纯铁，铈和铅粒，其化学成分及含量分别见表1，表2和表3。
1.2 实验方法实验在ZG-001型真空感应熔炼炉上进行。
用细砂纸打磨工业纯铁试样，去掉表层氧化皮，装入刚玉坩埚后放在炉腔的石墨坩埚内。
密封装置抽真空，当真空度≤1.0×102Pa时通电加热，同时通入氩气作为保护气体。
当工业纯铁试样全部熔融后，使用旋转合金料斗把铈和铅通过送料口加入熔池中，同时减小氩气的流量，以防流通的氩气带走过多的铅蒸气。
熔炼2分钟后断电，试样先随炉冷却，表面稍有凝固后将刚玉坩埚和试样放入事先准备好的盐浴中进行淬冷直至完全冷却。
整个实验过程中，温度控制在≤1923K。
将熔炼试样切割成15mm×15mm×15mm左右的正方体，粗磨、细磨、抛光成金相试样，经电子探针（EPMA）和热力学计算，分析试样中不同组织的微区成分及物相组成。
钢中稀土铈与低熔点金属锡的作用规律研究的开题报告
钢中稀土铈与低熔点金属锡的作用规律研究的开题报告
一、研究背景和意义
稀土铈是钢中的一种重要添加剂，可以有效地改善钢铸件的力学性能、耐蚀性和抗热性能。
而低熔点金属锡也被广泛应用于钢的冶炼中，它可以提高钢水的流动性和
润滑性，使钢的锻造和浇铸工艺更加容易。
因此，研究钢中稀土铈与低熔点金属锡的
作用规律，对于深入理解钢的结构和性能变化机理，探索钢的优化配方具有重要意义。
二、研究内容和方案
1.研究目的
本研究的主要目的是探究钢中稀土铈与低熔点金属锡的相互作用规律，研究它们对钢的微观组织和力学性能的影响，为钢的合理配方和制备提供参考依据。
2.研究手段和方法
（1）组织钢样并加入稀土铈和低熔点金属锡
选取标准的钢材进行加工和制备，根据不同比例加入稀土铈和低熔点金属锡，探究它们的相互作用规律。
（2）对钢样进行物理和力学性能测试
使用金相显微镜、扫描电镜等物理分析手段对钢样的微观组织进行分析，并进行拉伸、压缩等力学性能测试。
3.预期成果
（1）探究钢中稀土铈与低熔点金属锡的相互作用规律；
（2）系统地研究它们对钢的微观组织和力学性能的影响；
（3）为钢的合理配方和制备提供参考依据。
三、研究进展和计划
目前已经进行了实验组织和样品的制备，并开始进行物理和力学性能测试。
下一步计划是根据实验结果进行分析和总结，撰写研究报告，并在国内相关刊物上发表研
究成果。
稀土以及稀土在钢中的应用
冶金技术新进展结课论文姓名：王旭学号： 200735826稀土以及稀土在钢中的应用1. 稀土和稀土的生产分离1.1稀土由来稀土就是化学元素周期表中镧系元素——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(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)，以及与镧系的15个元素密切相关的两个元素——钪(Sc)和钇(Y)共17种元素，称为稀土元素(Rare Earth)。
简称稀土(RE或R)。
1.2 稀土分类通常把镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕称为轻稀土或铈组稀土;把钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥钇称为重稀土或钇组稀土。
也有的根据稀土元素物理化学性质的相似性和差异性，除钪之外(有的将钪划归稀散元素)，划分成三组，即轻稀土组为镧、铈、镨、钕、钷；中稀土组为钐、铕、钆、铽、镝；重稀土组为钬、铒、铥、镱、镥、钇。
1.3 稀土的生产与分离稀土市场是一个多元化的市场，它不只是一个产品，而是15个稀土元素和钇、钪及其各种化合物从纯度46%的氯化物到99.9999%的单一稀土氧化物及稀土金属，均具有多种多样的用途。
加上相关的化合物和混合物，产品不计其数。
首先从最初的矿石开采起，我们逐一介绍稀土的分离方法和冶炼过程。
1.3.1稀土选矿选矿是利用组成矿石的各种矿物之间的物理化学性质的差异，采用不同的选矿方法，借助不同的选矿工艺，不同的选矿设备，把矿石中的有用矿物富集起来，除去有害杂质，并使之与脉石矿物分离的机械加工过程。
当前我国和世界上其它国家开采出来的稀土矿石中，稀土氧化物含量只有百分之几，甚至有的更低，为了满足冶炼的生产要求，在冶炼前经选矿，将稀土矿物与脉石矿物和其它有用矿物分开，以提高稀土氧化物的含量，得到能满足稀土冶金要求的稀土精矿。
稀土矿的选矿一般采用浮选法，并常辅以重选、磁选组成多种组合的选矿工艺流程。
1.3.2稀土冶炼方法土冶炼方法有两种，即湿法冶金和火法冶金。
钢中稀土加入工艺技术研究与应用
钢中稀土加入工艺技术研究与应用稀土元素根据他们性质上差异和分离工艺的要求一般分为轻稀土和重稀土两组，其中镧、铈、镨、钕、钜、钐、铕为轻稀土。
稀土元素是典型的金属元素，它们的金属活泼性仅次于碱金属和碱土金属，比其他金属元素都活泼，可与多种元素化合，且稀土金属的燃点很低，如铈165℃，钕270℃，极易与氧起反应。
所有的稀土金属能在180℃-200℃的空气中被氧化成RE203型氧化物，稀土氧化物的熔点都很高，生成自由能负值很大，说明它们都是很稳定的化合物。
由于稀土元素的特殊性质，决定了稀土的用途。
钢铁工业中应用的主要是稀土硅铁合金(含轻稀土混合金属20％-45％)，稀土硅铁镁合金(稀土金属6％-25％，镁7％-12％)，重稀土硅铁合金(含钇类混合稀土60％以上)。
混合稀土金属(含轻稀土95％以上)，富铈或镧的稀土硅铁合金(Ce占70％或La占50％以上)。
其中炼钢生产中最常用的有两种，一是稀土合金，块状稀土硅铁合金，以前用于大包投入，大包压入，粉状一般用于大包内喷粉、模铸中注管喷粉等方法加入钢中；二是混合稀土金属，制成丝(φmm-φmm)或棒(≥φmm)，丝用于钢包、中注管或连铸结晶器，使用喂丝机喂入钢中，棒采用模内吊挂的方法熔入钢中。
稀土金属包芯线作为线性添加材料的新品种，由于喂丝技术在炼钢生产中的广泛应用，必将得到进一步的发展。
1 稀土在钢中的作用机理1.1 微合金化作用1.1.1 合金化作用稀土加入钢中主要起脱氧、脱硫和变质夹杂的作用，反应产物主要是稀土夹杂物。
随着稀土加入量的增加，完成脱氧、脱硫和变质夹杂作用后富裕的稀土会固溶在钢中，其固溶量可达到10-5～10-4数量级，这部分稀土将起到合金化的作用。
稀土微合金化有净化晶界和固溶强化的作用，同时可改善铸态组织、缩短柱状晶、减轻枝晶偏析。
稀土使铁素体量增大，带状组织改善，细化晶粒、抑制高温晶粒长大及晶界腐蚀。
稀土与碳、氮、氢及铌、钒、钛等微合金元素有交互作用，影响钢的相变点及组织，抑制钢的氢脆，促进铌、钒、钛沉淀相在铁素体中细化、弥散析出，细化晶粒，增大沉淀强化效果。
稀土在钢中的应用
稀土在钢中的应用朱兆顺张建武钢集团鄂钢公司技术部，湖北省鄂州市 436002摘要：本文简要的分析了稀土在钢铁冶金中的应用。
用稀土这个高技术材料来强化和提升钢铁传统产业，在低合金钢、合金钢中加入微量稀土，提高钢质增强国际竞争力，把稀土的资源优势转化为钢材的品种优势和经济优势，具有十分重大的意义。
关键字：稀土，微合金化，弥散硬化，稀土铌重轨1.稀土的分类根据稀土元素原子电子层结构和物理化学性质，以及它们在矿物中共生情况和不同的离子半径可产生不同性质的特征，十七种稀土元素通常分为二组。
轻稀土（又称铈组）包括：镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)。
重稀土（又称钇组）包括：铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)、钪(Sc)、钇(Y)。
2.稀土金属的某些物理特性表1元素原子量离子半径(埃)密度(克/厘3)熔度(℃)沸点(℃）氧化物熔点(℃)比电阻欧姆厘米106R3+离子磁矩(波尔磁子)La 138.92 1.22 6.19 9205 4230 2315 56.8 0.00 Ce 140.13 1.18 6.768 8045 2930 1950 75.3 2.56Pr 140.92 1.16 6.769 9355 3020 2500 68.0 3.62 Nd 144.27 1.15 7.007 10245 3180 2270 64.3 3.68 Pm 147.00 1.14 －－－－－ 2.83 Sm 150.35 1.13 7.504 10525 1630 2350 88.0 1.55～1.65 Eu 152.00 1.13 5.166 82610 1490 2050 81.3 3.40～3.50 Gd 157.26 1.11 7.868 135020 2730 2350 140.5 7.94Tb 158.93 1.09 8.253 1336 2530 2387 －9.7Dy 162.51 1.07 8.565 148520 2330 2340 56.0 10.6 Ho 164.94 1.05 8.799 1490 2330 2360 87.0 10.6Er 167.27 1.04 9.058 1500～1550 2630 2355 107.0 9.6Tm 168.94 1.04 9.318 1500～1600 2130 2400 79.0 7.6Yb 173.04 1.00 6.959 8245 1530 2346 27.0 4.5Lu 174.99 0.99 9.849 1650～1750 1930 2400 79.0 0.00Sc 44.97 0.83 2.995 1550～1600 2750 －－－Y 88.92 1.06 4.472 1552 3030 2680 －－3.稀土的用途由于稀土元素的特殊性质，决定了稀土的用途。
钢中稀土铈与砷相互作用研究
钢中稀土铈与砷相互作用研究刘永华;张金柱【摘要】利用中频真空感应熔炼炉、金相显微镜、电子探针等实验设备,研究了稀土元素铈与砷在钢中的相互作用.结果表明,在钢中铈、砷含量较高的条件下,铸态试样中铈可与铁生成金属间化合物Ce2Fe17,随机分布于铁基中,铈、砷和铁三种元素能发生交互作用,铈对砷在铁中的分布有固定作用.【期刊名称】《现代机械》【年(卷),期】2010(000)005【总页数】3页(P87-88,90)【关键词】铈;砷;Ce-As化合物【作者】刘永华;张金柱【作者单位】贵州大学,材料与冶金学院,贵州,贵阳,550003;贵州大学,材料与冶金学院,贵州,贵阳,550003【正文语种】中文【中图分类】TG142.1我国南方的一些矿石中含有一定量的砷,矿石中的砷在高炉炼铁过程中全部被还原而进入铁水,炼钢过程中砷仍然留在钢内[1-2]。
多数情况下,砷是钢中的有害元素,限制钢中的砷含量是保证钢材性能的重要条件之一。
砷对钢的危害主要集中在以下两个方面:1)砷在钢中的表面富集倾向。
砷的表面富集使钢(特别是表层)热塑性急剧降低,在钢加工受力时极易开裂[3];2)砷在钢中的偏析。
砷在钢中常以Fe2 As、Fe3 As2、FeAs及固溶体形式存在,易发生偏析现象[4-5]。
稀土元素与钢铁中的有害杂质氧、硫、磷以及某些低熔点金属元素有较强的亲和力,常用来净化钢液。
本文根据稀土元素铈能与低熔点金属砷生成铈砷化合物的热力学性质[6-8],在H08钢中添加一定含量的稀土金属铈和低熔点金属砷,利用中频真空感应熔炼炉、金相显微镜、电子探针等实验设备对稀土铈与低熔点金属砷的相互作用进行了研究。
1 实验条件及方法实验材料H08钢的化学成分为(质量分数,%):0.3～0.55Mn,0.1C,0.03Si,0.2Cr,0.03Ni,0.02S,0.02P。
稀土铈的纯度＞99.5%,低熔点金属砷的纯度＞99.9%。
将装有H08钢的刚玉坩埚放入ZG-001型中频真空感应炉内熔炼,由于砷在真空环境下挥发严重,采取敞口熔炼的方式。
稀土元素在钢中的作用
稀土元素在钢中的作用一，概述一般所说的稀土元素，是指元素周期表中原子序数为57-71的镧系元素。
由于这些元素大都在矿石中共生的，而且化学性质也很相似，所以归为一类，在钢号中均用“R”表示。
稀土元素的外层电子结构相同，所以它们的化学性能极为相似，不易用一般的化学方法分离。
但其内层的电子结构不同，以致在物理性能方面引起一定的差异，而有其各自的特性。
稀土元素是很好的钢中脱硫去气剂；可用于清除其它如砷、锑、铋等有害杂质；可以改变钢中夹杂物的形状和分布情况，从而改善钢的质量。
稀土元素加入高合金的不锈耐热钢和电热合金中，可以改善钢和合金的铸态组织，从而改善其热加工性能并提高其使用寿命。
二，稀土元素对钢的组织及热处理的影响1.对组织的影响稀土元素在钢中的作用主要有两个方面，一是净化作用；一是合金化作用。
从后一作用出发，要想稳定稀土在钢中的效果，必须稳定稀土的钢中的实际含量。
研究表明，稀土在钢中有的呈夹杂物形态存在，有的分布在碳化物和固溶体中。
显然，这些不同的存在形态将对钢的性能产生不同的影响。
根据理论与实际分析，其中起有效合金化作用的为存在于碳化物及固溶体中的稀土。
如果保证在此两相中的稀土含量使之稳定和得到控制，就可以保证稀土的合金化效果。
根据试验结果，控制钢中稀土的合金化的有效部分的主要因素有以下几个方面：（1）脱氧制度的影响：采用强扩撒脱氧剂的试验用钢，固溶体中有稀土存在，而夹杂物中的稀土则比采用弱扩散脱氧剂时为低。
（2）钢中稀土总量的影响：当钢中稀土总量较高时，固溶体中大都有稀土存在，而稀土总量较低时，发现固溶体中稀土含量极为微少。
（3）钢液温度的影响：随着稀土加入温度的升高，夹杂物中的稀土（占三相稀土总量的）百分比随之增加，而碳化物中的稀土百分比则随之降低；反之，在温度较低的情况下，碳化物中的稀土百分比则明显地增加。
稀土对钢晶粒度的影响，由于钢的化学成分和工艺的不同以及加入稀土的种类等不同而有较大的差别。
固溶稀土元素对钢中铁素体相变和显微组织的影响
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参考文献
参考文献
01
参考文献1
研究了固溶稀土元素对钢中铁素体相变和显微组织的影响。结果表明，
稀土元素的添加可以促进钢中铁素体的形成，并细化钢的显微组织。
02
参考文献2
通过对不同稀土元素含量的钢进行实验，发现稀土元素的种类和含量对
钢中铁素体相变和显微组织的影响具有显著差异。
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固溶稀土元素对钢中铁素 体相变和显微组织的影响
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目 录
• 引言 • 固溶稀土元素对钢中铁素体相变
的影响 • 固溶稀土元素对钢中显微组织的
影响
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目 录
• 固溶稀土元素对钢中铁素体相变 和显微组织的机理探讨
• 结论与展望 • 参考文献
01
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稀土元素与合金元素之间的相互 作用会影响钢的相变和显微组织
。
稀土元素可以替代钢中的部分合 金元素，从而改变钢的相变温度
和显微组织。
稀土元素与合金元素的相互作用 还与钢的成分和冶炼工艺有关。
稀土元素对界面能和表面张力的影响
稀土元素可以降低钢的界面能 和表面张力，从而提高钢的润 湿性和流动性。
降低界面能和表面张力可以促 进钢中铁素体相变和显微组织 的演变。
稀土元素可以改变钢中碳化物的分布，提高 材料的耐磨性和强度。
详细描述
稀土元素可以与钢中的碳原子形成稳定的化 合物，减少游离碳的存在，从而改变碳化物 的分布。这种改变可以提高钢的耐磨性和强 度。
稀土元素对马氏体相变的影响
总结词
稀土元素可以影响钢中马氏体相变的过程， 进而影响材料的硬度和韧性。
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一
பைடு நூலகம்
（ 配加量为 ９３ ％（ ．５ 质量分数 ） 同时加入到坩埚 中。１ｍｎ后 ） ｉ 将钢液浇铸在专用模具 中冷却 。 将熔炼后的呈圆柱体状铸态试样 切割成 两部 分 ， 将其 中
部用于制备金相试样 ， 另一部分制成块状试样 ， 在管式 炉内
ａ ｄ ｍｅ ｅ ｈ ｍ ｇ ｔ ｅ ｎ ｖ ｃ ｕ ｉｄ ｃｉ ｇ ｓ ｌ ｎ ｕ ｎ ｃ ， ｅ ｈ ａｔ ｇ ｓ ｍｐｅ ａ ｅ ｎ ａ ｎ ａｅ ｔａ ｓ ｎ ｔ ｅ ｅ ａｕ ｅ ｆ ｒ ｎ ｈ ｄ ｔｅ ｔ ｅｈ ｒｉ ａ ｕ ｍ ｎ ｕ ｔ ｍｅｔ ｇｆ ｒ ａ ｅ ｔ ｎ ｔｅ ｃ ｓｉ ａ ｌｓｈ ｄ ｂ ｅ ｎ ｅ ｌｄ ａ ｕ ｔ ｉ ｔｍｐ ｒｔ ｒ ．Ａ ｔ － ｏ ｎ ｉ ｈ ｎ ｅ ｅ ｅ
Ｋｅ ｙ ｗｏｒ ｓ： ｒｕ ； ｓ ｎ ｃ； — ｏ ｄ Ｃｅ ｉｍ Ａｒｅ ｉ ＣｅＡｓｃ ｍｐｏ ｎｄ ｕ ｓ
我 国南方的一些矿石 中含有 一定量 的砷 ， 矿石 中的砷在 高炉炼铁过程 中全部被还原而进 入铁水 ， 炼钢过程 中砷仍然 留在钢 内 。 。多数 隋况下 ， 钢中 的有害元 素 ， 砷是 限制钢 中 的砷含量是保证 钢材性 能 的重要 条件之 一 。砷对 钢 的危 害 主要集 中在以下两个方 面 ：） １ 砷在钢 中的表 面富集倾 向。砷 的表面富集使钢（ 特别是表层 ） 热塑性急剧 降低 ， 钢加工受 在 力时极易开裂 ；） ２ 砷在钢中的偏析 。砷 在钢 中常以 Ａ 、 ｓ Ｆ ｓ、ｅｓ及 固溶体形 式存在 ， ｅＡ ＦＡ 易发生偏析现象 。 。 稀土元 素与钢铁 中的有 害杂 质氧 、 、 以及 某些低 熔 硫 磷 点金属元素有较强 的亲和力 ， 常用来净化 钢液 。本文根 据稀 土元素铈能 与 低熔 点 金 属 砷 生成 铈 砷 化 合 物 的热 力 学 性
・
８ ・ ７
钢 中稀 土铈 与砷 相 互 作 用研 究
刘 永华 ， 金柱 张
（ 州大 学 材料 与 冶金 学院 ， 贵 贵州 贵 阳 ５００ ） ５０３
摘要： 利用中频真空感应熔炼炉、 金相显微镜、 电子探针等 实 验设备 ， 究了 土元素铈与砷在钢中的相互作用。结果表明， 研 稀 在钢
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｎ ｅ ａ ｔ ｎ Ｂｅ ｗｅ ｎ ＲＥ ｒｕ ｌａ ｄ Ａｒ ｅ ｉ ｎ Ｓ ｅ ｌ ｓａ ｃ ｎ Ｉ ｔ ｒ ｃｉ ｔ ｅ ｏ Ｃｅ ｉ ｎ ｎ ｓ ｎ ｃ ｉ ｔｅ
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物， 于波长 ６０ｎ ５ ｍ处进 行光度法测 定 ， 最后 以铈 的质量 为横
属砷 ， 利用中频 真空感 应熔炼炉 、 金相显 微镜 、 电子探针 等实 验设备 对稀 土铈与低熔点金属砷的相互作用进行 了研究 。
坐标 、 吸光度为纵坐标绘制标准工作曲线 ， 测定出试样 的吸光 度值后 ， 即可直 接在 曲线上读 出铈 的质量大小 ； 铸态试样 中砷
中铈、 砷含量较高的条件下， 铸态试样中铈可与铁生成金属间化合物 Ｃ ：ｅ 随机分布于铁基中， 砷和铁三种元素能发 生交互 ｅＦ 铈、 作用， 铈对砷在铁 中的分布有 固定作用。
关 键词 ： 铈 砷 ｃ— ｓ ｅ Ａ 化合 物
中图分 类号 ：Ｇ ４． Ｔ １２１
文 献标识 码 ： Ｂ
文章编 号 ： ０ ６８ （ＯＯ ０ － ０７— ３ １ ２－ ８６ ２ Ｌ）５ ０８ ０ ０
（ ５ ２ Ｋ温度下分别恒 温 １ 、４ｈ退火处理 ， ９ １的 １１３± ） ６ｈ ２ 按 ：
体积 比通入高纯氩气 和高 纯氢气 防止试 样氧化 ， 炉冷至 室温 关停保 护气体 ， 将试样从 管式炉 中取 出。按常规方 法制备金
相 试样 。
铸 态试样 中铈 的含 量用 铜试 剂分离偶 氮胂 Ⅲ光度 法测 定， 用酸将试样 溶解后 ， 用铜试 剂沉淀分离 干扰元素 ， 取部 分 分试液 ， Ｐ ３时 ， 在 Ｈ＝ 加偶氮胂Ⅲ与稀土络合生成蓝紫色络合
ｌ 实验条 件及 方法
实验材 料 Ｈ ８钢 的化 学 成分 为 （ 量 分数 ， ） ｎ３～ ０ 质 ％ ： ０５ Ｍ ，． Ｃ０ ０ Ｓ，．Ｃ ，．３ ｉ ．２ ，．２ 。稀 土铈 的 ．５ ｎ ０ １ ，．３ ｉ０ ２ ｒ ０ Ｎ ， ０ Ｓ０ ０ Ｐ ０ ０ 纯度 ＞ ９５ ， 熔点金 属砷 的纯 度 ＞ ９ ９ ９． ％ 低 ９ ． ％。将装 有 Ｈ ８ ０ 钢 的刚玉坩埚放入 Ｚ ０ １型中频真空感 应炉 内熔 炼 ， Ｇ一 ０ 由于