稀土元素在热处理钢中的作用

D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1984.03.006 北京钢铁学院学报 1984年第3期 稀土元素在热处理钢中的作用 材料系囊守华吴承建 摘要 本文讨论了稀土元素在铁和钢中的合金化作用。稀土元素在铁中的固溶度很 小，但有强烈的晶界偏聚的倾向。它们影响到钢中的相变，也影响到转变产物的形 貌，特别是与晶界性质密切相关的那些性能。 前 言 稀土元素包括周期表中第四周期原子序数为21的钪(Sc)，第五周期原子序数为39的 钇(Y)和第六周期从原子序数57到71的镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷 (Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒 (Er)、铥(Tu)、镱(Yb)、和镥(Lu)等17个IB族元素。它们具有相似的电子层 结构，在外面的d和S层都有3个价电子。17个元素中有12个在4S层没有完全充满。因而它们 具有相似的化学、物理性质。它们在矿石中往往是共生的，提炼时不易分离。在冶金工业应 用中经常以混合稀土元素状态应用。 在20世纪初，人们就开始探素稀土元素在钢中的作用，至今已积累了不少数据和资料， 但是其中有些出入较大，甚至互相矛盾。一般公认，适量的稀土元素加入钢中可以提高钢的 延性和韧性，减小其冷脆性和热脆性，降低高温蠕变速率，增加室温疲芳寿命，改善其耐腐 蚀性和高福抗氧化性。稀土元素在钢中的应用无疑是大有希望的。 稀土元素在钢中的行为 稀土元素在钢中的作用可以归结为三个主要方面：1.变质作用，2.净化作用及3.合金化 作用。前两点已被公认，对第三点仍多争议。然而对热处理工作者来说，合金化作用远比前 两点值得重视。本文将着重评述稀土元素在钢中合金化的作用，以及由其引起的性能改变。 在讨论稀土元素在钢中合金化作用以前，有必要简要地提一下它们的净化作用和变质作 用。 稀土元素在钢中的净化作用。从热力学计算得出的稀土化合物标准生成自由焓】，显 示了稀土元素与周期表中VA族的碳、锡、铅，VA族的氨、砷、锑及MA族的氧、硫等有强 的亲和力。稀土元素加入钢液中首先迅速地与氧起反应形成氧化物。若希望用稀土元素来脱 硫和控制硫化物形貌，则首先应把钢液很好地脱氧。稀土元素比铁和锰，与硫有较强的亲和 42

北 京 钢 铁 学 院 学 报 年 第 期 一一一一 闷 一 一 闷 ， ， 州 晌， 稀土元素在热处理钢中的作用 材 料系 守华 吴承 建 摘 要 本 文讨论 了 稀 土元 素在 铁 和 钢 中的 合 金化作用 。 稀 土元 素在铁 中的 固溶度 很 但 有 强 烈的晶界偏 聚 的倾 向 。 它们 影 响到钢 中的相 变 ， 也影 响到转变产 物的形 特别 是与晶界性质 密切相 关 的那 些性 能 。 小貌 前 一 口 稀 土 元 素包括 周 期 表中 第 四 周 期原子 序 数为 的 抗 ， 第五 周 期原子序 数 为 的 忆 和 第六周 期从 原子序 数 到 的 翎 、 饰 、 错 、 钦 、 枢 、 衫 、 铺 、 全 、 锹 、 摘 、 钦 、 饵 、 饪 、 镜 、 和 糟 等 个 族 元 素 。 它们 具有相似的 电子层 结 构 ， 在外 面的 和 层 都 有 个价 电子 。 个元 素中有 个 在 层 没有完全 充满 。 因而它们 具有相 似的 化学 、 物 理性质 。 它们 在犷石 中往往 是共生的 ， 提 炼时不 易分 离 。 在 冶金 工业 应 用 中经常 以混合 稀 土元素状 态 应用 。 在 世 纪 初 ， 人们就 开 始探索稀 土 元 素 在钢 中的 作用 ， 至 今已 积 累 了不 少数据和 资料 ， 但是 其 中有 些 出入较大 ， 甚 至 互相 矛盾 。 一般 公认 ， 适 量的 稀 土 元素加 入钢 中可 以提 高钢的 延性 和 韧性 ， 减小 其冷脆性 和 热 脆性 ， 降低 高温蠕变 速 率 ， 增加 室温 疲 劳寿命 ， 改善 其耐腐 蚀性和 高温 抗 氧化性 。 稀 土 元 素在钢 中的 应 用无 疑 是大有希望的 。 稀 土 元 素在钢 中的行为 稀 土 元 素在钢 中的 作用可 以归 结 为三个 主 要方 面 变质 作用 ， 净化作用 及 合 金 化 作用 。 前 两点 已 被 公 认 ， 对 第三点仍多争议 。 然而对热处理 工作者来说 ， 合 金 化作用 远比前 两点值 得重 视 。 本文将 着 重评 述稀土 元 素在钢 中合金 化的 作用 ， 以 及 由其 引起的 性能 改变 。 在讨论稀 土 元 素在钢 中合 金 化作用 以前 ， 有必 要 简要地提一下它们的 净化作用 和 变质作 用 。 稀土 元 素在钢 中的 净 化作用 。 从热力学计算得 出的 稀土 化合 物标 准生成 自由烩 〔 ’ ， 显 示 了稀 土 元素与周 期表 中 族的 碳 、 锡 、 铅 ， 族 的 氮 、 砷 、 锑及 班 族的 氧 、 硫等有强 的 亲和力 。 稀 土 元 素加入钢 液 中首 先迅速地 与氧起反应形 成氧化物 。 若 希望用稀 土元 素来脱 硫 和控 制 硫化物形 貌 ， 则 首先应把钢 液很好地 脱氧 。 稀土元 素比 铁 和锰 ， 与硫有较 强的 亲和 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1984．03．006

力。它们加入钢液中改变了硫化物的成分、类型与结构。稀土化合物中在稳定性方面紧接着 物是硫化物和氧硫化物。它们具有高熔点，在热变形以后仍保持球状。稀士元 硫化锰中降低其塑性，把条状的硫化锰夹杂变成纺锤状的稀土硫化物和硫氧化物。硫化物形 貌的变化可以改善热轧产品的横向塑性和韧性，减小其各向异性。稀土元素加入钢中与低熔 点的碑、锑、锡、铅、铋等元素作用，形成高熔点的金属间化合物，从而可以消除由这些微 蛩杂质元素所引起的钢的热脆倾向，提高钢的热塑性和高温强度。 稀土元素对钢中铸造组织的变质作用。稀土元素通过在钢液中复杂的物理化学过程，改 变钢的凝固过程和铸造组织。它们与钢液反应，形成微细质点，在凝固过程中作为非自发形 核核心，加速凝固过程。稀土元素是表面活性元素，它们吸附在正在长大的固态晶核表面， 形成薄膜，1碍了品体生长所需的原子供应，从而降低了晶体长大速案。由于以上原因，钢 液中加入微量稀土元素后，使凝固过程获得高的形核速率和低的晶体长大速率，从而细化了 钢的铸态组织，即细化的树枝状晶体与晶臂[】【]，柱状晶的生长被抑制【，进而减少枝 晶偏析【2！及区域偏析。 稀土元素在钢中的合金化作用 一、稀土元素在铁及铁碳合金中的状态 Fe-La和Fe-Ce的二元相图见图1【]和图2t1。镧和铈在铁中的固溶度在不同研究者 之间有很大出入。Haefting和Dan nel刊认为La在共晶温度(785℃)a-Fe中的固溶度不超 过0.2%（重量）。Richerd【用金相法据外推得到La在a-Fe中的固溶度在0.085~0.090% (重量)。 Jepson和Du wezI!确定在8I5~1015t范围Ce在铁中的固溶度约0.4%（重量），'Ric herd i81估计在600℃Ce在a-Fe中固溶度约0.35~0.40%。近期韩其勇等I11应用同位素 La%(wt) 141Ce发现在五种不同钢中 20 40 60 70 80 90 Ce在基体中的量不超过0.05 1800 %。李平安等1】在真空 熔炼的高纯Fe-Ce合金中 1600 1539° Ce在a-Fe中的周溶度约 1460° 1400 0.07%。很明显，La和Ce 1390°1400 在a-Fe中的同溶度是极低 的。其他稀土元素在铁中的 1200￥ ·溶度见文献1。 1000 Fe-La系没有发现金属 02 900° 920 888 间化合物。Fe和Ce形成稳定 800 785 的化合物CeFe2、Ce,Fe:7 介稳化合物CeFe,【; 600 Mag' 11 稀士：元紫与碳有较大的 400 Fe 10 20 30 40 5060 70 80 90 亲和力，但用0.1~0.2%稀 La%(at) 土金属加入钢液中处理的钢 图1铁一钢相图【1 43

喊 力 。 它们加入 钢 液 中改变 了硫 化物的成分 、 类型 与结构 。 稀 士 化合物 中在 稳定性方 面 紧接着 ，散化物是 硫 化物 和氧 硫化物 。 它们 具有高熔点 ， 在热变 形以后 仍保持 球状 。 稀 土元 素溶解在 硫 化锰 中降低 其塑 性 ， 把 条状 的 硫 化锰 夹 杂变成 纺锤抹的 稀 土 硫化物和 硫氧 化物 。 硫 化物形 貌的 变 化可 以 改善热轧产 品的 横向塑性 和韧性 ， 减 小其咨向异性 。 稀土 元 素加 入 钢 中与低熔 点的 砷 、 锑 、 锡 、 铅 、 秘等元 素作用 ， 形 成高熔点 的 金属间 化合物 ， 从而可 以 消除由这 些微 量 杂 质 元素所 引起的 钢 的 热脆倾向 ， 提 高钢 的 热塑 性和高温强度、 稀 土 元 素对钢 中铸造组织的 变质 作用 。 稀 土 元 素通 过 在钢液 中复杂的 物 理 化学过程 ， 改 变钢 的 凝 固过程 和铸造组织 。 它们与钢液反 应 ， 形 成微 细质点 ， 在凝 固过程 中作 为非 自发形 核核心 ， 加 速 凝 固 过程 。 稀土元 素是 表面活性元 素 ， 它 们 吸 附 在正在长 大的 固态 晶核表面 ， 形 成薄膜 ， 阻 碍 了 晶休生长所 需的 原 子供 应 ， 从 而降低 了 晶体长 大速 率 。 由于 以 上原因 ， 钢 液 中加入 微 夙稀 土 元 素后 ， 使凝 固过程 获 得高的 形核速率和低的 晶体长大速 率 ， 从而细 化了 钢 的 铸态组织 ， 即 细 化的 树 枝状 晶体 与 晶竹 〔 ’ ， 柱状 晶的 生长被抑制 ‘ ， 进而减少枝 晶偏析 及 区域 偏 析 。 稀 土 元 素在钢 中的合金 化 作 用 一 、 稀土 元素在铁及 铁玻 合金 中的状 态 一 和 一 的 二元相 图 见图 和图 〔 。 拥和饰在铁 中的 固溶度 在不 同研究者 之间有很 大 出入 。 “ ” 和 “ ” “ ’ 认为 在共晶温 度 ℃ ‘ “ 一 中的 固溶度不超 过。 重 量 。 ， 用 金相法据外 推 得到 在 一 中的 固 溶脚在 。 。 甩 最 。 和 “ ， 确定在 ℃范围 在铁 中的 固溶度约 重 最 ， ‘ 。 ‘ ， 估计 在 ℃ 在 一 中 固溶度约 。 近期韩其勇 等 ‘ “ 应用 同位素 鱿 ， 、 。 。 。门漂一架 ， 卜“ 怡器 弋丁抹 尸 ‘ 甘 ， 甘 ‘ ， ， ， 侧 翻 即 ，尸卜︸ ，尸 八犷 ， 毛 ‘ 发现在五 种不 同钢 中 在 基体 中的 量 不超 过 。 李平 安 等 汇” 在真 空 叫 熔 炼的 高 纯 一 合 金 中 在 一 中的 固溶 度 约 。 很 明显 ， 和 在 一 巾的 固溶度 ’ 是极低 的 。 其他稀 土 元 素在 铁 中的 ’ · 调哆度见文 献 、 。 一 ， 系 没有发现金属 间 化合 物 。 和 形 成 稳定 的 化合 物 、 ， ， 不 介 稳 化 合 物 。 。 ， 丫 丛鱼一 一 吸 娜节二 二军 心 、 一 令吞 图 铁一 翎相 图 叽呀叶蔽漩丁 王 髻 稀 土 元 素与碳 有较大的 亲和力 ， 但用 勺 稀 土金属加 入 钢 液 中处理的 钢 ‘ 异 。扩

中没有发现特殊碳化物。然 Ce%(wt) 20 40 60 70 80 90 而稀上：元素分配在a-Fe和 1600 渗碳体之间。TpoCBHPHH 11研究了加入有0.004~ 100 0.016%B、0.0125~0.10% Ce的铁碳合金（含0.6~0.7 1200 1068±3° %C)。Ce在两相间的分配 系数Kc。=〔Ce)cm/(Ce)。 911” 932°±8° 为0.40.8。式中〔Ce)cm 士11° 800 和〔Ce),相应为Ce在渗碳体 Q795 /725 和铁素休中的浓度。近来， 600 592°±2° 在加入0.44%稀土金属的 Y- St52-3钢【11和0.35%稀 400 上金属的其他钢中1]发现 Fe 10 2030405060708090 Ce%(at) 有稀土氮化物及稀上碳化 物。 图2铁一铈相图 用内耗法可以研究稀土 元素与间隙原子的相互作用。李承其【11发现稀土元素（含量为0.05%La+0.0716Ce)增 大纸在a-Fe中的扩散激活能，从100.4~108.8KJ/mo1e增高到159.0~171.5KJ/mo1e, 不影响碳在a-F中的扩散激活能。由淼等1小的研究表明，稀土元素的存在降低了经渗碳 后的内耗曲线上的Snoek峰的高度。上述实验说明固溶于铁中的稀北元素的原子与碳、氮 原子强烈作用，降低碳氨原子在a-F中的扩散速度，同时阻碍碳、氨原子进入晶体缺：。 稀土元素强烈地倾向于偏聚在Y或a-F的晶粒边界。但是稀土金属的原子在品界存在： 的状态，是原子态还是结合态仍然是在争论的问题。用离子探针分析沿晶断口，可以发现金 0.104%P、0.036%Ce的45*碳素钢，从高温淬火后， 原奥氏体晶界100A内，Ce的浓度高于晶内，表面Ce量 (a) 高于平均含量的10倍【1」。另外的例子有：在含0.84% P、0.067%Ce的30Mn2钢，淬火后在500℃保温500小 时后，Ce在晶界的浓度随时间的延长而增高【1！。加 入La的37CrNi3钢经淬火高温回火后，晶界La的浓度 为晶内的一倍2。用离子探针分析钨系高速钢山和 Cr20Ni20[】等高合金钢，都发现稀土元素浓度晶界 最高，向晶内逐渐减少。但是，离子探针并不能区别稀 上元素的存在是固溶态还是形成金属间化合物。 (h) 有直接和间接的证据表明钢中加入足够量的稀土元 素后，至少有部分稀土元素是以原子态存在于晶界。最 近工作[11使用透射电镜观察含0.l%Ce的高纯Fe-Ce 合金，在没有析出物的洁净晶界上，用电镜的x一射线谱 S E 仪直接测得a-Fe晶界上Ce的偏聚量高达1.5%，为晶 图3Fe-0,1%Ce合金中Ce在 a-Fe晶界偏聚Ti) 内平均成分的20倍，图3。 a)晶内能谱；b)晶界能谱。 44

， 州斗 仁 丫 卜 司 士 劝 ， 侣 卜 二 公 枷， 侧︵级 中没有发现特 殊 碳 化物 。 然 而稀 一 卜元 素 分 配 在 一 和 渗碳 体 之 间 。 。 ， ， ‘ 研究 了加 入有 。 、 的 铁碳 合金 含 。 在两相 间的 分 配 系数 。 。 〕 〕 。 为 。 式 中 〔 〕 。 和 〔 〕 。 相 应 为 在 渗碳体 和 铁 素休 中的 浓 度 。 近 来 ， 在 加 入 稀 土 金属 的 一 钢 ’ ‘ 和 稀 上金 属的 其他钢 中 「‘ “ 发现 有稀 土氮 化物 及 稀 卜碳 化 物 。 用 内耗法可 以 研 究稀 士 压 图 铁一 饰相 图 元 素与间 隙原 子的 相 互 作用 。 李承 基 ‘ 发现稀 土 元 素 含量 为 增 大 氮在 一 中的 扩 散激 活能 ， 从 增高至 ， 不 影 响碳 在 一 中的 扩 散激 活能 。 由森 等 〔 ’ 的 研究 表明 ， 稀 土 元 素的 存 在降低 了经 渗碳 后 的 内耗 曲线 上 的 峰的 高度 。 仁述实验说 明 固溶于铁 中的 稀 土 元 素的 原 子 与 碳 、 氮 原 子 强烈作用 ， 降低 碳氮原 子 在 一 中的 扩 散速 度 ， 同时阻碍 碳 、 氮原子进 入 晶体缺 陷 。 稀 土 元 素 强烈 地 倾 向干 偏聚 在 丫或 一 的 晶粒边 界 。 但 是稀 土金 属的 原 子 在 晶界存在 的 状 态 ， 是原 子态 还 是结 合态 仍然 是 在争论的 问题 。 用 离子探 针 分析 沿 晶断 「， 可 以 发现 含 、 的 铃 碳素钢 ， 从高温淬火后， 原奥 氏体 晶界 人内 ， 的浓度高于 晶 内 ， 表面 量 高于 平均含量 的 倍 ’ ’ 。 另外 的 例子有 在 含 、 的 钢 ， 淬 火后 在 ℃保温 小 时后 ， 在 晶界的 浓 度随 时间的 延 长而增高 〔 ‘ 。 。 加 人 的 钢 经 淬 火高温 回 火后 ， 晶界 的 浓 度 为 晶内的 一 倍 「“ 。 用 离子 探针分 析钨 系高速钢 〔 ‘ ， 和 ‘ “ 等高合 金钢 ， 都 发现稀 土 元素浓度 晶界 最 高 ， 向 晶内逐 渐减少 。 但 是 ， 离子 探针 并不 能 区别 稀 上元 素的 存在是 固溶态还 是形成金属 间 化合 物 。 有直 接 和间 接 的 证据表明钢 中加 入 足够 量的 稀 土元 素后 ， 至 少 有部分稀 土 元素是 以原子态 存 在于 晶界 。 最 近 工作 〔 ’ ‘ ， 使用 透 射 电镜 观 察 含。 的 高纯 一 合 金 ， 在没 有析 出物的 洁 净晶界上 ， 用 电镜的 一射线谱 仪 直 接测 得 一 晶界 上 的 偏 聚 量高达 ， 为晶 内平均成分 的 倍 ， 图 。 图 一 合 金 中 在 一 晶界 偏 聚 “ 晶 内能谱 晶 界 能 谱

李文彬等【1发现含 0.056%Ce的Fe64Cr27A1 温度（℃） 7Mo2合金，在频为0.52 500 550 600 650 700 750 80 z的内耗曲线上，713℃出 0,056%Ce 现第三个内耗峰，它是由于 70 Ce原子在晶界所引起的， 无Ce的合金中不出现此峰， 60 见图4。 邱巨峰等【22在Cr20 Ni20合金中加入0.1%Nd 40F 或0.5%Y，用热处理改变 30 合金的品粒尺寸，并测量晶 体的梢密晶格常数的变化， 20 发现未加稀土元素的合金， 晶粒长大时晶格常数减小， 而加了稀土元素的合金，其 晶格常数增大。作者认为， 1.30 1.25 1.20 1.15 1.10 1.05 1.00 9.95 晶粒长大时总的晶界面积减 1000/T 少，原来富集于晶界上的稀 土元素重新移居晶内，导致 a) 奥氏体晶格常数的增大。这 温度(D) 此实验结果使人确信稀土元 450 500 550 800 650 700750800 素以原子态偏聚在晶界。另 no Ce 一方面也不排除稀土化合物 100 在晶界存在的可能。 硼也是在铁中晶界偏聚 倾向大的元素，稀土元素与 硼元素同时加入时，必然要 男 发生相互作用。贺信莱等 分 60 」以同位素示踪法研究了 25 MaTiBRE钢中稀土元 40 黛与硼元素的相互作用。他 们发现在硼钢中，硼偏聚到 20 晶界属于非平衡偏聚过程。 硼的偏聚并不是发生在淬火 3 加热时，而是随后冷却过程 1.35 1.25 1.15 1.05 0.6 中发生的。钢中加入0.14% 1000/T RE后，谇火加热时，稀土 b) 元素在奥氏体晶界发生偏 图4 Fe-Cr-Al合金的内耗峰【a,a)含铈合金，b)无铈 聚，以致阻碍了随后冷却过 合金。 45

李文 彬 等 工急 发 现 含 的 合金 ， 在频率 为 争 、 ” “ 自勺内耗 曲线 上 ， ，” ℃ 出 现 第三个 内耗 峰 ， 它是 由于 原子 在晶界所 引起的 ， 无 的合金 中不 出现此 峰 ， 见图 。 邱 巨峰 等 ， 在 合 金 中加 入 或 ， 用 热 处 理 改变 合金 的 晶粒尺 寸 ， 并 测 量 晶 体的 精密 晶 格常 数的 变 化 ， 发现未加 稀土 元 素的 合金 ， 晶粒 长 大 时 晶格常数 减小 ， 而加 了稀 土元 素的 合 金 ， 其 晶格常数增大 。 作者 认为 ， 晶粒长 大时总的 晶界面积 减 少 ， 原来富集于 晶界 日肉稀 土 元素重 新移居 晶内 ， 导 致 奥 氏体 晶格常 数的 增 大 。 这 此实验 结果 使 人 确信稀 土 元 素 以原 子态 偏 聚 在 晶界 。 另 一方 面 也 不 排 除稀 土 化合 物 在 晶界存在的 可能 。 硼也 是 在铁 中 晶界偏 聚 倾 向大的 元 素 ， 稀 土 元素与 硼 元 素同时加 入 时 ， 必 然 要 发生 相 互 作用 。 贺信 莱等 【， ‘ 以 同位素示踪法研究 了 钢 中 稀 土 元 味与翻 元素的 相 互 作用 。 他 们发现 在砚钢 中 ， 硼 偏 聚到 晶界属于非平衡偏聚 过程 。 硼的 偏 聚并不 是 发 生 在淬 火 加热时 ， 而 是随后 冷 却过程 中发 生的 。 钢 中加 入 。 后 ， 淬火加 热 时 ， 稀 土 元素 在奥 氏体 晶界 发 生偏 聚 ， 以致阻碍 了随后 冷 却过 祖度 七 石石 肋劝 撰长口。工尺 二二 户 吧 退魔 七 即 ，‘ 臼 几甘 州 长男口 各 卫 图 一 一 合 金 的 内耗 峰 “ ， 合 金 。 含饰合 金， 无 饰

a)无稀土元素 b)含稀土元素 图5稀土元素对辅在25 MnTiB钢中晶界偏聚的影响2 程巾硼I向晶界转移，可以用图5证明。PH4KoB 等21在研究含硼和稀土的20 CrNiMo钢时 300 发现，如果钢中仅含硼时，加入0.03%B时就 gb 280 会在品界上出现共晶硼化物。若钢中有0.3% RE时，即使硼含量高达0.10%，也无共晶硼 260 化物出现。 240 Eb 文献中研究了铈对Fe一P合金电极电位的 其 220 ●-Fe-P 影响【21，合金含有0.02~0.105%P,在稀 o-Fc-P 苦味酸溶液中测定电极电位。在F©-P合金中 200 A-Fe-P-Co A-Fe-p-C a-Fe的晶界和晶内有明显的电极电位差。铈 180 加入Fe-P合金，即使仅加入0.008%Ce也明 0005.0.0190.0850.188 P%(wt) 显地降低电极电位差，见图6。作者认为α- 图6·铈对Fe-P合金晶和晶内电极电位 Fe晶界和晶内电极电位差由于磷在Fe-P合金 差的影响[28 的晶界偏聚而加大了。 所有这些实验事实总结在表1中。它表明稀土元素在铁合金中强烈地倾向于偏聚在品 界。偏聚的原因是明显的。 根据Hume-Rother y关于形成固溶体的规律【2刀，溶质和溶剂原子尺寸差不超过15% 可望有较大的溶解度。一些稀土元素与铁的原子直径见表2。由表可见，铁与这些稀土元素 的原子直径之差远大于15%。当稀土金属原子置换了晶体晶格中的铁原子后，引起的晶格畸 变是相当高的。一般认为[2]晶界的原子排列是较松散的，有较多的空穴提供大的稀土金属 原子。若一个稀土金属原子从晶内移到晶界必将降低畸变能。因此，稀土金属原子偏聚于晶 界是一一个自发过程。 二、稀土元素对钢中相变及金相组织的影响 对稀土元素在钢的相变中的作用及对显微组织的影响研究非常不够，缺乏系统的资料。 有关稀土元素对钢中临界点A4、A3和A,的影响的报道还是不确切甚至是矛盾的。目前尚 未肯定稀土元素是铁素体形成元素还是奥氏体形成元素。稀土元素对包晶和共析转变的影响 还没有认（地研究过。 16

无稀 土 元 素 含稀土 元 素 图 稀 土元 素对硼 在 钢 中晶界 偏 聚 的 影 响 汇 ‘ ’ ， 助 ﹄勺山 卜任 程 中硼 向 晶界转 移 ， 可 以用 图 证明 。 二 等 ” 在研究 含硼 和稀 土的 钢 时 发现 ， 如果钢 中仅 含硼 时 ， 加 入 时就 会在 品 界 甘公现 共 晶硼化物 。 若钢 中有 时 ， 即 使硼 含 量 高达 、 ， 也 无共 晶硼 化物 出现 。 文 献 ， 研究 了饰对 一 合 金 电极 电位的 影 响 “ 。 ， 合 金 含有 ， 在稀 苦味酸溶液电 测定电极电位 ‘ 在 一 合 金 中 一 的 晶界和 晶内有明显的 电极 电位差 。 饰 加 入 一 合金 ， 即使 仅加入 也 明 显地 降低 电 极 电位 差 ， 见图 。 作者 认 为 晶界和 晶内电极 电位 差 由于 磷 在 一 合 金 中的 晶界偏 聚而加 大 ‘ ’ 。 厂 ‘ 一 一 ， 奋 一 一 「一 几 一 一 一 ， 力 ， · ， 图 饰 对 一 合 金 晶和 晶 内 电极 电位 差 的 影 响 〔 所 有这 些实验事实 总结 在表 巾 。 它 表明稀 土 元 孝在铁 合金 中 强烈 地倾 向于 偏 聚 在 品 界‘ 偏 聚的 原 因是 明显的 。 根据 一 关于形 成 固溶体的 规 律 〔 ， 溶质 和 溶剂原 子尺寸差 不超 过 一’ 望有较大灼 溶解度 。 一 些稀土 元素 与铁的 原 子直 径 见表 。 由表可 见 ， 铁 与这 些稀 土 元 素 的 原 子直 径之差 远大 于 。 当稀 土金 属原子置 换 了 晶体 晶格 中的 铁 原子后 ， 引起的 晶格畸 变是相 当高的 。 一般 认为 “ 晶 界的 原 子排 列 是 较松散的 ， 有较 多的 空穴提 供 大的 稀 土金属 原 子 。 若 一 个稀 土 金 属原子从 晶内移到 晶 界必 将降低 畸变能 。 因此 ， 稀 土金 属原 子 偏 聚子晶 界是 一个 自发过程 。 二 ， 猫 土 元素对钢 中相变及金 相组组 的影 晌 对稀 土 元素 在钢的 相 变 中的 作用 及对显微 组织的 影 响研究非常不够 ， 缺乏 系统的 资料 。 有关稀 土元素对钢 中临界点 ‘ 、 和 的 影 响的 报道还是不 确切甚 至是 矛盾 的 。 目前 尚 未肯定稀 土元素是 铁 素体形成元素还 是奥 氏体形成元素 。 稀 土 元 素对 包 晶和共析转 变 的 影 响 还 没 有 认 六地 研 究 过