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钢中稀土铈与低熔点金属元素锡相互作用规律研究

杨宗伦  
【摘要】:随着社会对钢材用量的增加,以废钢为主要原料的电弧炉炼钢将会得到快速的发展;然而废钢在循环使用过程中,使钢中低熔点金属元素(如Sn、Pb、Sb、As、Bi等)的含量不断增加,这些低熔点金属元素将对钢材的性能造成严重的危害。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,这是因为稀土元素的电子结构特殊而具有极强的化学活性。 本文采用Miedema二元生成热模型,计算稀土铈和低熔点金属锡元素作用生成铈-锡化合物的生成热,用晶体离子熵公式计算熵变,用绝对熵法估算化合物标准生成自由能。从热力学方面证明了稀土铈和钢中低熔点金属锡反应是完全可能的。 本实验在低氧、低硫的工业纯铁中配加一定量的高纯稀土铈和高纯低熔点金属锡,在中频真空感应熔炼炉中进行冶炼,将炼好的钢样一部分进行退火处理。采用OM(金相显微镜)、SEM(扫描电镜)、XRD(X射线衍射仪)、EPMA(电子探针)等手段对铸态试样和退火试样进行定性和定量分析,确定在本实验条件下,添加的稀土铈优先与钢液中微量的氧、硫反应,形成Ce_2O_3和Ce_2O_2S化合物。当氧、硫元素降低到一定程度后,铈与锡开始发生反应生成铈-锡化合物。 稀土元素铈和低熔点金属锡除单独结合生成高熔点化合物外;有少量的铈-锡化合物还会以先形成Ce_2O_3和Ce_2O_2S化合物作为生成核心进行生长,形成复相组织。复相组织颗粒尺寸较大,一般在10~100μm之间,随机分布于基体中。单独形核的铈-锡化合物为深灰色的球状颗粒,尺寸细小,一般为1~10μm,主要沿晶界分布。 通过实验可知,在炼钢温度范围内,铈与锡相互作用能够生成高熔点化合物,从而可以推断铈能够减轻低氧、低硫钢中低熔点金属元素对钢材性能危害。


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