高碳钢中的铈碳化物

D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1994.06.019 第16卷第6期 北京科技大学学报 Vol.16 No.6 1994年12月 Journal of University of Science and Technology Beijing Dec.1994 高碳钢中的铈碳化物 肖强 韩其勇 北京科技大学理化系，北京、100083 摘要通过电解分离，X射线衍射等实验，探讨了铈在高碳钢中形成铈碳化物应满足的成分条 件。结果表明：只有当铈含量和碳含量均较高时，才能够形成铈碳化物。本实验中，C: 025%.C:1.22%的试样即出现Ce,C3. 关键词铈碳化物，高碳钢、稀土钢 中图分类号TG142.1 Ce-Carbide in High Carbon Steel' Xiao Qiang Han Qiyong Department of Physical Chemistry,USTB,Beijing 1t0083.PRC ABSTRACT In this paper the existance of Ce-Carbide and its forming condition have been discussed by means of electrolytic extraction and X-Ray diffraction.The result obtained shows that it can form Ce2 C,,if the content of Cerium equals 0.25%and the Carbon reachs 1.22 % KEY WORDS Ce-Carbide,high carbon steel,rare earth steel 稀土碳化物在钢中生成与否，是长期以来分岐较大的问题，国内许多工作者得到的论点 不一，由稀土化合物的热力学数据可知，稀土碳化物的标准生成自由能比其他稀土化合物 高得多，而钢中稀土含量通常不超过万分之几，所以在一般情况下钢中不出现稀土碳化物. 但有关文献报道，某些含稀土的钢样遇水会放出强烈的乙炔气味，说明钢中有生成稀土碳 化物的可能性.另外，F℃一Ce一C三元局部相图也表明：在靠近铁角区域有铈碳化物存在. 本文采用电解分离、X射线衍射等检侧手段，对不同含量的铈在高碳钢中是否形成铈碳 化物进行了探讨， 1实验方法 在碳管炉中熔炼4种成分的钢样，化学成分示于表1。两种不同成分的碳含量分别对应于 T12和T8钢的相应值.为考察铈含量高低的影响，其含量由0.32%变化到0.08%.然后将 1993-12-20收稿 第一作者男29岁博士 ·国家·八五”科技攻关项目

第 6卷 第 6期 北 京 科 技 大 学 学 报 1 州 年 月 1 2 l o J u a l m o n v v s r f e i i U t o n f e S a n c e a d T c e h n o o f g B y e i j n i g V d 。 6 心 N 1 。 6 】 沈 ) . 哭娜 1 高碳钢 中的钵碳化物 ` 肖强 韩其勇 北京科技大学理化系 , 北京 、 1〕 X阳 摘要 通过电解分离 , X 射 线衍 射等实验 , 探讨 了柿 在 高碳 钢 中形 成柿 碳 化物应 满足 的成 分条 件 。 结果 表 明: 只 有 当饰含 量 和 碳 含 量 均 较 高 时 , 才 能 够 形 成 钵 碳 化 物 。 本 实 验 中 , 0 : .0 25 % 、 :C 1 . 2 % 的试样 即 出现 C e ZC 3 . 关键 词 饰碳 化物 , 高碳 钢 , 稀土 钢 中图分类号 T G 142 . l C e 一 C a r b ide i n 凡g h C a r bo n S te e l Xi a o Qi a n g H a ,: Qiy on g 氏p叭 men t o f P h” i司 〔为。 旧 i st w , U S T B , 氏ij i n g l侧洲】83 , P R C A B S T RA C T I xl t h is P a P e r t h e ex is at n ce o f a 一 aC br id e a n d ist fo n ll i n g co nd it i o n h a v e b 泥 n d is cus s记 b y 1l l e a ns o f e l 。 沈or lyt i e e x t ar ct i o n a n d X 一 R a y d 诩欣z clt o n . hT e 心ul t o b at i n ed s h o 姚 t h a t it ca n fo mr eC Z C 3 , 汪 het co n ent t o f C ier um 闪au ls 0 . 2 5 % a dn t h e C a r bo n r e a e h s 1 . 2 2 % . K E Y WO R 】万 eC 一 C a br id e , h i g h e a ht o n s t e l , m er e a rt h s te l 稀 土碳化 物在 钢 中生成 与否 , 是长 期 以 来分 岐 较 大 的 问题 , 国 内许 多 工 作 者 得 到 的 论 点 不一 由稀 土化合物 的热 力学 数据 可知 , 稀 土碳 化 物 的 标 准 生 成 自由 能 比其 他 稀 土 化 合 物 高得 多 , 而 钢中稀 土 含 量 通 常 不 超 过 万 分 之 几 , 所 以 在 一 般 情 况 下 钢 中不 出现 稀 土碳 化 物 . 但 有关 文献 [ ’ 2 〕报道 , 某些 含 稀 土 的钢 样遇 水会 放 出强烈 的 乙 炔 气味 , 说 明 钢 中有 生 成稀 土碳 化 物的 可 能性 . 另外 , F e 一 C c 一 C 三 元局部 相 图l3] 也表 明 : 在靠 近 铁 角 区 域 有 钵 碳 化物 存在 . 本 文采用 电解 分离 、 X 射线衍 射 等检 测手段 , 对不 同含 量 的钵 在高 碳 钢 中是否 形成 钵碳 化物进行 了探 讨 . 1 实验方法 在碳管 炉 中熔 炼 4 种成 分 的钢样 , 化 学成分 示 于表 1 。 两种 不 同成 分 的碳 含 量 分别对应 于 T 12 和 T S 钢 的相应值 . 为考察 钵含量 高低 的影 响 , 其含 量 由 .0 32 % 变 化 到 .0 08 % . 然 后 将 l卯 3 一 12 一 为 收 稿 第一作者 男 29 岁 博 士 国家 “ 八五 ’ 科技攻 关 项 目 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 1994. 06. 019

1994年No.6 北京科技大学学报 ·597· 试样锻成Φl2mm的棒材，并在860℃保温1.5h,炉冷处理 表1试样的化学成分/% Tablel Chemical composition of the samples 样号 C Si Mn Ce 1 1.22 025 0.87 0.0126 0.25 0.80 0.49 1.09 0.0180 0.32 0.83 0.51 1.13 0.0180 0.11 0.75 0.49 1.09 0.0140 0.08 根据稀土相的电化学特性及其基础试验结果4，采用如下电解液：1%氯化锂+5%三 乙醇铵+5%乙二醇+89%无水乙醇溶液，对试样进行电解分离.试棒在一10℃条件下电 解，电流密度为25A/cm2.电解分离后的夹杂，再用磁选方法将碳化物与硫化稀土、硫氧 化稀土或氧化稀土等进一步分离.同时，应防止氧化、水解反应的发生，然后对夹杂进行X 射线衍射分析 2结果与讨论 衍射分析结果表明，除1兰样外，其余各试样中都只有F,C衍射峰，未发现稀土碳化 物的对应峰.1#却出现了铈碳化物C©，C,相（表2）。将1F样分离的夹杂与水接触还能闻 到强烈乙炔气味 表21#样中CezC,的X射线衍射数据 Table 2 X-Ray Diffraction date of Ce,C,in Sample One 夹杂中CeC Ce,C,ASTM卡片 夹杂中Ce,C3 CeC,AsTM卡片 dim,×108I, dm,×10-8I/l, d/m,×10RI/L,d/m,×10-8I/L 3.421 弱 3.420 40 1.547 弱 1.540 70 2.955 管 2.980 90 1.448 细 1.447 40 2.654 强 2.660 90 1.347 弱 1.368 40 2.264 中 2.280 70 1.328 弱 1.334 30 2.107 型 2.110 30 1.297 弱 1.304 70 1.821 弱 1.798 60 1.260 弱 1.240 40 1.711 弱 1.721 40 1.219 弱 1.220 40 1.649 中 1.653 100 1.195 型 1.195 40 由于电解液采用乙醇溶剂，介电常数较甲醇低，溶剂化学能力相对较弱，且乙二醇系还 原性添加剂，可消耗电解液中氧而减少对提取相的氧化分解，所以，相溶解损失少，提取率 高.如果存在稀土碳化物，就能够保存下来.而电解分离后的2#、3#、4样中没有出现 铈碳化物的衍射峰，说明这3个试样不存在稀土碳化物

1哭科 年 N b . 6 北 京 科 技 大 学 学 报 试样锻 成 小 12 ~ 的棒材 , 并 在 8 60 ℃ 保温 1 . 5 h , 炉冷处理 . 表 1 试样的化学成分 / % aT 决1 C he inr 因 c 溯详曰位川 of 胶 s am 牌es 样号 2532081 八nUUO 0 . 80 0名3 0 . 75 0D 12 6 0乃18 0 0 . 0 18 0 0 . 0 14 0 .049051.25 .087.1e10.l13r 根据稀 土相 的电化 学特 性及 其基 础试 验 结 果 4I] , 采 用 如 下 电解 液 : 1% 氯化 铿 十 5% 三 乙 醇钱 + 5% 乙 二 醇 十 89 % 无 水 乙 醇溶 液 , 对试样 进行 电解 分离 . 试 棒 在 一 10 ℃ 条 件 下 电 解 , 电流 密度 为 25 1l l A /cm 2 . 电解 分离后 的夹杂 , 再用 磁选 方法 将碳 化 物与 硫 化 稀 土 、 硫 氧 化稀 土或 氧化稀 土等 进一步 分离 . 同时 , 应 防止 氧化 、 水解 反 应 的发生 . 然 后 对夹杂进 行 X 射线衍射 分析 . 2 结 果与讨论 衍 射 分析 结果 表 明 , 除 1 # 样 外 , 其余各 试样 中都 只 有 F e 3 C 衍 射 峰 , 未 发 现 稀 土 碳 化 物 的对应 峰 . 1 # 却 出现 了钵 碳化 物 Q Z C 3 相 (表 2) 。 将 l # 样 分 离 的夹 杂 与 水 接 触 还 能 闻 到 强烈 乙 炔气 味 . 表 2 1 # 样中 C e Z C 3 的 x 射 线衍射数 据 aT 城 Z X 一 R a y D 扭拍比佣 血et of C 马C 3 in S ul l户 0 理 夹杂中 0 2 C 3 eC : C 3 AS 飞 , M 卡 片 J 、 m , x 10 一 8 1 1 d / m , x 10 一 8 1 / I 夹杂中 Q Z C 3 d / m , x 10 一 8 1 / 1 . Q Z C 3 AS T M 卡 片 d / m , x 1 0 一 8 1 /I 而 40D307 月ǎ , ,八O 40 伟呀` 三月U,J 八U气曰n 只é峙勺ù丫月n é J 内q ù气口、,`一, ,. . … ` 1 1 二月卫. ,己. ù己且 ,. 1 1`1 卿娜 弱 划219347289195 .3 420 40 2 9 80 如 2 . 6以) 如 2 2 80 70 2 . 1 10 30 1 . 7 9 8 困 1 . 7 21 40 1 . 6 53 1印 以1气 强弱中 崎片月,了, .1 , 工 Q 翻4295687110 ,勺`ù气乙j, 1 由于 电解液 采用 乙 醇 溶剂 , 介 电常数 较 甲醇低 , 溶剂化 学 能力 相对较弱 , 且 乙 二 醇 系还 原性添 加剂 , 可 消耗 电解液 中氧 而减 少对提 取相 的 氧化分 解 , 所 以 , 相溶 解损失 少 , 提 取率 高 . 如果存在稀 土碳 化 物 , 就能 够保存下 来 . 而 电 解 分 离后 的 2 # 、 3 # 、 4 # 样 中 没 有 出现 钵碳 化物 的衍 射峰 , 说明这 3 个 试样 不存在 稀土 碳化物

·598 肖强等：高碳钢中的铈碳化物 Vol.16 No.6 另外根据有关文献)报道的热力学数据及热力学计算可知，在凝固过程中，随着温度下 降，虽然稀土碳化物的活度积变大，但变化值较小；而与此同时，由于稀土和碳的偏析，却 使得实际存在的[C©]和[C]的活度积增大更为显著.因此，综合分析有形成稀土碳化物的趋 势.以上衍射分析即证明了这一点.但是只有当铈含量和碳含量都较高时，如在本实验中， 当Ce为0.25%、C为1.22%时才形成铈碳化物(Ce2C3)其他成分的试样，虽然其Ce含量 亦超出通常范围，由于仍然低于与碳形成化合物的活度积含量，所以不形成铈碳化物. 3结论 当铈含量和碳含量满足一定的成份条件时，钢中能够形成铈碳化物。在本实验条件下， Ce为0.25%、C为1.22%的试样中，即出现Ce2C3- 参考文献 1林勤，付延灵，叶文，余宗森。高碳钢中稀土元素与碳相互作用的研究·见：第四届全国稀土在钢中 应用学术讨论会论文集。福州：中国稀土学会，1992.1 2李代钟，高淑勤，张烈夫，钢中的铈碳化物，中国稀土学报，1988,6(1)：53 3 Hee Kyun Park,et.al.The Temary System Iron-Cerium-Carbon.Z.Metallkunde,1982,73(H.6):399 4杨植玑，刘沃垣.混合稀土在钢铁中的固溶量及析出相的研究.钢铁，1986,21(4)：36 5 Du Ting.Interaction between Rare Earth Elements and Important Elements In Iron-Base Solu- tions.In:Proc.of the 2nd Intemational Conference on Re Development and.Application.Beijing: 1991.2:906 的怜的冷的的岭的铃的的冷铃的的的的的的的的的的的的的的的钟帅响的铃岭的的响响响纳钟曾 (上接585页) 4结论 本文分析了机器人多指手爪的静摩擦、库伦摩擦、粘性摩擦等非线性因素，推导出手指屈 伸关节的动态控制模型结构，针对多指手爪的非线性影响，提出了一种位置离散学习控制方 法，这种方法在经过有限次迭代后能使实际手指关节的位置轨迹逼近期望的给定轨迹，满足 一定的精度要求，具有较强的鲁棒性.仿真实验结果证明了这种方法的有效性和可行性. 参考文献 1 Jacobsen SC,et al.In:IEEE Int Conf on Robotics and Automation.198.1520~1531 2 Climard S,et al.In:IEEE Int Cont on Robotics and Automation.1987.573~578 3 Vossovghi R.Jof Dynamic System.Measure and Control,1988.9(10):236~245 4 Arimoto S,Kawamura S,Miyazaki F.In:Proc of 24th Conference of Decision and Control.1985.1357 ~1387

· 59 8 · 肖 强等 : 高碳钢 中的 钵碳化物 vo l . 10 oN .6 另外 根据 有 关文 献 [ ’ 〕报道 的热力 学数据及 热力学计算可知 , 在凝固过 程 中 , 随着 温 度 下 降 , 虽然稀 土 碳化 物 的活度 积变 大 , 但变 化值较 小 ; 而 与此 同时 , 由于 稀 土和碳 的 偏析 , 却 使得 实际存在 的 {C e] 和 【C 』的活 度积 增大更 为 显著 . 因此 , 综 合分析有形成 稀 土碳 化物 的趋 势 . 以 上衍 射 分析 即证 明 了这一 点 . 但是 只有 当钵含 量和 碳含量都 较 高 时 , 如 在 本 实 验 中 , 当 Q 为.0 25 % 、 C 为 1 . 2 % 时才 形 成 饰 碳 化 物 (。 2 C 3 ) 其他 成 分的试 样 , 虽 然 其 ce 含 量 亦超 出通 常范 围 , 由于仍 然 低于 与碳 形成 化合物 的 活度积 含量 , 所 以 不 形成 钵碳 化 物 . 3 结 论 当钵含 量和 碳含 量满 足 一 定 的 成 份 条件 时 , 钢 中能 够形 成 饰 碳 化物 。 在 本 实验条件 下 , Q 为.0 25 % 、 C 为 1 . 2 % 的试样 中 , 即出现 Q Z C 3 . 参 考 文 献 l 林勤 , 付延灵 , 叶文 , 余宗森 . 高碳钢 中稀土 元素与碳相互作用的研究 . 见 : 第 四届 全国稀 土在钢 中 应 用学 术讨论 会论 文集 。 福 州 : 中国稀 土学 会 , 1卯2 . 1 2 李代钟 , 高淑勤 , 张烈夫 . 钢中的钵碳化物 . 中国稀 土学报 , 19 8 , 6 (l ) : 53 3 H 咫 K 扒in 几kr , ct . ia . T l r eT r 以甲 S声 te m 加 n 一 〔七百切m 一 C ar bo n . 2 . M e 胜d医u n de , 198 2 , 7义H . 句: 3卯 4 杨植矶 , 刘沃 垣 . 混合稀 土在钢铁 中的固溶量及 析出相 的研究 . 钢铁 , 1986 , 21 (4) : 36 5 D u T i n g . I n t e 份 Ct io n b et ~ R a er B irt h E l e neT n st a n d hn P 0 d a n t E le rT 记n st ln 加 n 一 物父 oS l-u iot 飞 . :nI P 代兄 . of het Znd nI t e r 皿t i o nal o nfe ~ o n R e 块祀1 0 PT 姆n t a n d ` AP p il份 iot n . 玫石吨 二 1卯1 . :2 吠拓 (上接 5 8 5 页 ) 4 结论 本 文分 析 了机器人 多指手 爪 的静摩 擦 、 库伦 摩擦 、 粘 性摩 擦等 非线 性 因素 , 推 导 出手指 屈 伸 关节 的动态 控 制模型 结构 . 针 对多指 手爪 的非 线性 影 响 , 提 出了一种 位 置 离 散 学 习 控 制 方 法 . 这 种方法 在 经过有 限次 迭代后 能使 实 际手指 关节 的位 置轨 迹逼 近期 望 的给定 轨 迹 , 满足 一 定 的精 度要 求 , 具有 较强 的鲁棒 性 . 仿真 实验 结果 证 明了这 种方 法 的有效 性 和可 行性 . 参 考 文 献 J a co h 记n S C , et al . 址 IE E nI t 伪fn o n oR 切itCS a n d nA ot ma iot n . 19 86 . 1520 一 153 1 O i l an dr S , e t al . I n : IE E E Ilt C o n t o n R o bo t io a n d A t l t o l l l a iot n . 19 8 7 . 57 3 一 578 从璐。 、蜘 R . J o f D yn a njT c S那忱m . M 邸眠 a nd 伽 n xot l , 1988 . 9( 10) : 23 6一 24 5 A 山 n o ot s , aK v 左 I l n 山旧 S , M iya 皿 ik F . I n : P I仪 o f 2h4t C o n er 代泊c e o f D ec i s io n a n d 山 n otr l . 19 85 . 1357 一 1 387