本科毕业生综合实验报告.doc

内蒙古科技大学本科生 综合实验论文 题 目：稀土Ce对纯净钢组织的影响 学生姓名： 学 号： 专 业：金属材料工程 班 级：材料2010-1班 指导教师： 稀土Ce对纯净钢组织的影响 摘要 以工业纯铁为冶炼原料，通过真空炉对其进行冶炼，再按不同比例加入稀土Ce元素，最终得到稀土Ce含量不同的Fe-Ce合金。再对其进行金相组织及成分的分析。结果表明，随着稀土Ce含量的增加，钢中Ce固溶量也随之增加；且Ce在钢中直到细化晶粒的作用，还能提高钢的硬度，加入一定的Ce还改善了钢的高温抗氧化性、耐蚀性等。 关键字：Ce；纯净钢；相变；细化晶粒；耐腐蚀性 我国稀土资源丰富，但就目前而言，我国在稀土的冶炼、研究等方面还处于劣势地位，研究稀土对纯净钢的组织性能的影响有着重大而深远的意思。稀土在钢中主要的作用是净化、变质和微合金化。稀土钢可以净化钢液、变质钢中的硫化物、氧化物夹杂，提高钢的性能等方面的作用已有人做了大量的研究[1-3]本文通过对学者们在稀土Ce对纯净钢的组织性能的影响方面的综述，其目的在于增强对稀土钢的组织性能的了解，加深了对Fe-Ce合金金相组织及相变的认识，以扩宽眼界，为以后对稀土钢的研究打下扎实的基础。 实验材料及方法 1.1 试验钢的熔炼 本试验拟于在超纯净钢中加入稀土元素Ce，由于金属Ce性质较活泼，曝露在空气中易氧化，故试样的冶炼需在先抽真空后充氩的条件下进行。其过程如下： (1) 先用纯铁棒洗炉：将纯铁加至冶炼炉容量的80%，待纯铁完全融化后倒出，使其将炉壁的其他元素带走，从而避免其对样品造成影响。 (2) 将预先准备的超纯净钢加入炉中，抽真空。然后通电流使其全熔。待其表面钢液颜色均匀后充氩气保护。 (3) 采用二次布料的方式，加入定量的稀土元素铈，保证其稀土含量及氮含量趋于稳定。待观察至其溶液成分稳定一致之后，将其钢液浇注至模具之中。 试样的成分配制是以超纯净钢为基体并加入一定量的稀土铈元素来实现的。在加入量上，由于其固溶量很低，基本在几个到几十个ppm，有的能达到上百个ppm，故加入量不宜太大，这里选择0%，0.01%，0.02%，0.03%，0.04%，0.05%六个不同加入量以便于进行对比分析研究。 1.2试验钢成分检测 本研究中采用分光度检测法测定了研究试样的氮、锰、硅、硫、碳、铝、磷、镧六种元素的含量，其中锰元素加入的作用是为了形成奥氏体。氮在纯铁中的溶解度偏低是高氮钢生产中需解决的最主要的难题，目前解决此类问题的方法应用比较广的有：粉末冶金、高压吹氮、补充氮化物合金的方法。但其含量对试样钢的机械性能影响很大，故测定试验钢的成分含量时应着重关注；在稀土与钢液反应的物理化学方面也有若干研究结果发表，归纳了稀土元素在铁液中与其它元素的交互作用，得出稀土元素可以降低Nb、V、Ti、Cu等元素的活度，并相互增加溶解度；因为稀土元素的化学性质较活泼，相对与合金中的金属元素结合而言其更易于与O、S等元素相结合，故其更有造渣的倾向，使得控制其残留量比较困难。本研究中试验钢的具体检测成分如下表1所示。 表1 六种钢的化学成分（wt%） 编号 C Si Mn P S Al N RE(总) 1# 0.018 0.05 0.129 0.0156 0.007 0.036 0.0042 0 2# 0.0266 0.0262 0.0699 0.0104 0.0059 0.0345 0.0010 0.0102 3# 0.0187 0.0191 0.0672 0.0371 0.0051 0.0385 0.0010 0.0110 4# 0.0285 0.0373 0.0728 0.0113 0.0060 0.0368 0.0040 0.0133 5# 0.0287 0.0388 0.0751 0.0103 0.0055 0.0398 0.0021 0.0155 6# 0.0254 0.0365 0.0701 0.0118 0.0064 0.0342 0.0053 0.0125 如上操作可得到Ce含量不同的Fe-Ce合金，再将其切样，打磨、抛光、磨蚀后起先金相观察。亦可通过各操作对其各方面性能进行分析测定。 实验结果与分析 2.1 稀土残留量及夹杂物的测定 通过对实验钢中Ce的残留量、夹杂物和钢中Ce的固溶量的测定可知，实验钢中加入的Ce部分残留在钢中，残留在钢中的Ce除了与夹杂物作用外，还以固溶的形式存在于钢中。随着稀土残留量的增加，稀土夹杂量随之增加，稀土固溶量也随之增加[4]。 2.2 Ce的细化晶粒作用 稀土在钢中形成较高熔点的化合物，在钢液凝固前析出。呈细