高洁净特殊钢中铝酸稀土夹杂物形成机理.ppt

研究背景和意义 轴承钢中氧含量的高低严重影响轴承钢的疲劳寿命，T[O]越高,疲劳寿命越低。为了降低钢中氧含量，在实际生产中常用铝脱氧，在铝镇静钢中，Al2O3是主要的氧化物夹杂，这种硬脆性夹杂严重影响轴承钢的疲劳寿命，如何进一步提高钢的使用性能，把残留在钢中的Al2O3转变为硬度较低，塑性较好的夹杂成为了冶金工作者所关注的研究。日本相关专利文献已有了稀土使Al2O3变质形成硬度较低REAlO3的报道，而其相关的冶金工艺还未见到报道。 本论文主要探索使用稀土铝合金变质Al2O3生成铝酸稀土的可能性，研究不同品位的稀土合金和稀土含量对变质夹杂物的影响，为以后进一步制定相应的冶金工艺提供理论和实践依据。 实验方法 实验以高洁净度轴承钢为原料钢，采用钼丝管式高温电阻炉和高铝质坩埚，在氩气保护气氛和覆盖渣保护下熔清高洁净度轴承钢，实验温度为1560℃。在钢锭完全熔清后，保温10分钟，然后根据不同的实验方案加入稀土铝合金，保温2分钟后冷却。 表1 稀土铝合金成分 实验方案 化学分析结果(%) 第1炉钢中球状氧化铝夹杂 第2炉钢中的铝酸稀土复合夹杂物 第3炉钢中的稀土复合型夹杂 第3炉钢中的铝酸稀土夹杂物 第4炉钢中的铝酸稀土夹杂物 第4炉钢中的稀土硫氧化物夹杂物 洁净钢中用稀土变质氧化铝夹杂物的条件 日本相关专利文献报道的要想在洁净钢中用稀土变质氧化铝夹杂物，并且得到良好效果，稀土和T[O]的关系应满足： -30 RE(ppm)-T[O]*280/48 50 第4炉钢中RE/T[O]=9.2 ，满足专利文献报道的关系式，通过扫描电镜观察发现：夹杂物取得了良好的变质效果，与国外研究结果相吻合，其余炉次的RE/T[O]没能满足以上关系式，均没能取得较好的变质效果。 洁净钢中用稀土变质氧化铝夹杂物的条件 通过第1炉和第2炉，第4炉和第1炉的夹杂物对比，发现在稀土含量较低的情况下，采用RE2稀土铝合金没有有效的变质夹 杂物，在稀土含量高的情况下，采用RE1稀土合金的能变质夹杂物，因此在本实验条件下，变质夹杂物取决于稀土含量的高低，与采用高牌号或者低牌号的稀土合金没有明显的相关性。 夹杂物生成的热力学分析 稀土铝合金加入到轴承钢中可能发生的反应如下: [Al] + 3/2 [O] = 1/2 Al2O3(S) ΔGθ = -632170 + 195.0T (1) [Ce] + 3/2 [O] = 1/2 Ce2O3(S) ΔGθ = -714380 + 179.74T (2) [Ce] + [Al] +3 [O] = Ce Al O3(S) ΔGθ = -1366460 + 364.3T (3) [Ce] + Al2O3(S) = Ce Al O3(S) + [Al] ΔGθ = 423900 - 247.3T (4) Ce Al O3(S) +[Ce] + [S] = [Al] + [O]+ Ce2 O2S(S) ΔGθ = -28550 + 18.1T (5) [Ce] + Al2O3(s) = CeAlO3(S) + [Al] (4) 1560℃下，反应（4）中ΔGθ= -29.4KJ，aRE / aAl 0.16。铝酸稀土的生成主要以式4的方式进行。 CeAlO3(S)+[Ce]+[S] = [Al]+[O]+ Ce2O2S(S) (5) 电镜下第1炉钢中发现了单独的Al2O3夹杂，而在第3，第4炉中发现了REAlO3以及稀土硫氧化物，没有发现单独的Al2O3 ，进一步验证了稀土铝酸盐是以 式5的方式生成。当稀土含量较高时，反应（5）能够发生，REAlO3能进一步转化为RE2O2S，可以从在第4炉钢中同时发现REAlO3和RE2O2S得到验证。 结论 稀土在洁净轴承钢中能变质氧化铝夹杂生成铝酸稀土，能否生成与钢中RE/T[O]比值密切相关，RE/T[O] 过高或过低均不能生成REAlO3. RE含量很低时，钢中的夹杂物仍为氧化铝和硫化物，RE含量高时，钢中的夹杂物主要是铝酸稀土和稀土硫氧化物。 热力学计算表明稀土变质氧化铝生成稀土铝酸盐的原理是： [Ce] + Al2O3(s) = CeAlO3(S) + [Al] 1560℃时，当aRE / aAl 0.16，反应能够进行。 * 高洁净特殊钢中 铝酸稀土夹杂物形成机理 报告人：杨晓红(北京科技大学) Al 1