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由于钢中残余元素砷的氧化势低于铁,当前的冶炼工艺很难将其从钢中脱除。残余元素会在凝固过程中偏析、晶界偏聚和氧化富集从而影响钢材的热加工性能、回火脆性和力学性能。目前,由于降低和控制钢中残余元素的方法综合成本高、操作程度复杂和能耗大等缺点,还没有适合于工业生产的有效方法。稀土元素能和钢中残余元素As、Sn、Pb等反应,也可以降低钢中S和O的含量起到净化钢液的作用。因此,为了控制As对高碳钢力学性能和高温氧化性能的影响,本文从含As钢中As的赋存状态、钢的微观组织及非金属夹杂物等角度出发,研究了La、As对高碳钢力学性能和高温氧化性能的影响。 As通过影响高碳钢的微观组织影响其力学性能。As含量在0.008-0.115%范围内增加时,高碳钢的抗拉强度和屈服强度均呈现先增大后减小的趋势,且当As含量为0.060%时两者达到最大值,变化趋势与As对索氏体片间距和原奥氏体晶粒尺寸的影响规律一致。但是,As含量高于0.030%时会显著降低高碳钢的塑性和韧性。另一方面,在没有O参与的条件下,As含量和氧化温度均对高碳钢内部的As偏聚无显著促进作用;而在有O参与的条件下,当As含量大于0.030%时,O会显著促进As在钢表面晶界处偏聚,两者均在晶界偏聚。 稀土La会显著影响含As高碳钢中夹杂物的生成。La-O-As夹杂物是As在稀土高碳钢中的主要赋存形式,这种夹杂物在固相中生成。在液相中生成的 La2O3和 La2O2S可以作为 La-O-As夹杂物的异质形核核心,从而生成复合夹杂物;La-O-As夹杂物也可以以单颗粒夹杂物的形式存在。微量稀土 La会恶化含As高碳钢力学性能,La的含量应控制在适宜范围。 氧化温度和As含量会显著影响高碳钢的高温氧化性能。当氧化温度为1080℃时,As在氧化层-基体界面处的富集程度达到最大值,同时氧化层最厚;当As含量为0.090%时,As在氧化层-基体界面处富集程度最严重。添加稀土La对含As高碳钢的氧化层结构并无显著影响,当 La含量增加至0.089%时,可以保证 As基本不在氧化层-基体界面处富集。