| 单词 | 钢铁中稀土合金化内耗 |
| 释义 | 【钢铁中稀土合金化内耗】 拼译：internal friction of rare earth alloying in iron and steel 是把稀土合金化与原子尺度微结构联系起来，是稀土钢发展的一部分，也是内耗在冶金中应用的进展。合金化应是指：通过元素固溶或固态“反应”，从而影响微结构或结构和组织，使金属材料获得希望的性能。显然，元素固溶在点阵、位错、晶界，或同固体中其它元素作用以至脱溶等，这些将产生内耗源，或引起内耗源变化；都将导致材料的弛豫谱改变，宜称“合金化内耗”。而合金化又是发展金属材料的基本冶金手段之一；因此，稀土合金化内耗归为“冶金内耗”。 20世纪20年代初，西欧开始研究稀土钢。50年代，加稀土已列入美国的不锈钢熔炼工艺；稀土用在洁净的不锈、耐热等高合金钢已较成熟。但直到1970年Jones & Laughlin钢公司的Luyckx等提出控制钢的稀土－硫比(RE／S)，才充分认识稀土化学活性的意义；含稀土的普通钢也随加入工艺的解决得到突破，并在本年代达到高峰。由于稀土起的和被认识到的，主要是净化或改变夹杂、细化组织的变性等作用；把加稀土的钢称做“稀土处理钢”。70年代后期，缺乏稀土资源的西欧、日本成功地发展了Ca喷射冶金；导致国外稀土处理钢减少。廉价的Ca处理，加上已成熟的洁净钢，使稀土处理钢受到强有力的挑战。到80年代，在开发“处理钢”的同时；研究钢铁中稀土合金化，已成为影响稀土钢发展的重要课题。80年代以来，资源丰富的中国与其它国家不同；加稀土的钢不是减少，而是逐年增加，甚至迅速增长。这与中国除广泛研究稀土处理钢品种、工艺外，还重视基础研究有关。80年代初起，中国抓了钢铁固溶稀土测定，在物理冶金面临研究钢中稀土困难的情况下，中国科学家改进了川村和郎的电解分离测量固溶稀土的方法，对钢铁内稀土固溶度、“合金化量”做了大量测试。还探索了用电子探针等技术研究稀土固溶度。要求放入有机介质、又受强电解作用的分离样品，其各相稀土分配量与热力学条件不同的原试样相同，这是川村方法的困难；尤其对固溶量很少的稀土，问题更为突出。对于探针等方法，即便测量、分析可靠；但如何用局部浓度表征固溶度，也是问题。以至1987年中国第3届钢中稀土应用学术讨论会，在什么是固溶、“合金化量”等问题上出现分歧。因此，给出钢铁中稀土固溶的可靠证据和演示稀土合金化，进一步成为发展稀土钢亟待解决的课题。1986年，在提出上面的合金化概念及合金化内耗思想的基础上，戢景文等开展了钢铁中稀土合金化的内耗研究。这是稀土钢发展的需要，也与内耗学科的进展有关。1947年，T．S．Ke(葛庭燧)发现晶界内耗并公布了扭摆装置。翌年，Zener发表了《Elasticity and Anelasticity of Metals》专著。同年，Ke给出变形铁的室温－550℃内耗谱；加上一系列铁基材料内耗研究，提供了内容丰富的铁内耗谱。此外，中国科学院上海冶金所吴自良及其同事的铁基材料I－S阻尼系统研究和南京大学王业宁及她的学生发现2～5mg／kg碳在高纯铁中引起C的SS晶界峰等等。这些是本课题的研究基础。1963年，Свиcтунова等发现，稀土使XH77TЮ合金的晶界峰降低并向高温移动；这是用内耗研究金属中稀土最早的报导。1974年，兰州大学的由淼等研究了加mischmetal的工业纯铁内耗，发现稀土对Snoek、SKK及晶界3个峰都有影响。1981年李文彬等研究非自耗电弧熔炼的加La，Ce，mischmetel及Y的纯铁内耗时，认为在含0．009wt%Y铁展宽的高温峰内，包含Y的SS峰。这些是早期加稀土的金属内耗研究。但1973年后，法国、意大利等国家学者认为不存在晶界内耗；并把传统的晶界峰称作Ke峰，视为一种位错内耗。对SKK峰的机制，学术界的Seeger和Schoeck两大主要学派等则持明显不同的观点。这就很难把稀土引起的内耗变化，同它们的微观机制联系起来。戢景文还发现，传统的制备高纯金属的非自耗电弧熔炼，存在污染问题。1982年起，Ke指导他的一个研究组用4N，5N，6N的AL对Ke峰进行了系统研究；并再次用多晶体出峰的温度单晶体没有峰的事实，证明了Ke峰是晶界峰。为了证明铁基材料晶界内耗，戢提出“参杂表面活性元素”的研究晶界峰方法；通过加有强相互作用的La，P或Nb，C等表面活性元素组强烈影响以至出现晶界沉淀使Ke峰消失等事实，进一步证明了Ke峰的晶界本质；并用能够解释晶界合金化的点缺陷观点，阐明了诸晶界内耗现象的物理机制。戢等通过有针对性地研究，发现替代元素的减弱与增强SKK阻尼效应；其结果表明，对SKK峰有影响，又与元素相关的冶金因素，要么是固溶原子，要么是变形位错上脱溶的沉淀。并给出它们同元素浓度的定量关系和进一步阐明了SKK阻尼机制和替代元素作用机理。这使SKK峰成为研究钢铁中元素合金化很有价值的阻尼现象。此外，还在铁的背景研究内耗上得到了有意义的结果。这些为深入研究钢铁中稀土合金化打下了基础。自80年代末起，东北大学对加稀土铁基材料内耗进行许多研究。在加La的Fe-P合金里，发现La溶质(SS)晶界峰；还发现在变形Fe-P-La-N合金里，La有很强的增强SKK阻尼效应等，给出了铁中固溶稀土的物理证据。研究表明，La使合金P的SS峰显著降低并移向较高温度，甚至几乎使合金的Ke峰消失；也使降温SKK峰高及峰温度的降低，减少一个量级。从这些得出：铁中稀土、P存在强作用。稀土在工业纯铁里，不仅有像P那样降低SKK峰高和峰温度，还抑制SKK峰温度高温时效回升；稀土加速变形工业纯铁时效时Snoek峰消失、并延缓它的回复，甚至能使淬火及其变形试样Snoek峰低温支明显降低等等。从而得出，稀土有加速铁中N、C脱溶并稳定其脱溶相的作用。这样，通过内耗测定稀土引起的铁基材料弹性能量耗散谱变化，较系统地证明了：稀土固溶于铁，并有控制中铁中P、N．C的强合金化作用。而稀土合金化产生的SS峰，“附加峰”及引起Snoek峰、SKK峰、Ke峰和背景内耗的变化，这就是研究铁中稀土合金化内耗。在1926年Френкень计算理论切变强变σth后的大约25年里，人类使金属材料的切变强度提高了两个量级。合金化作为手段之一，对此有重要贡献。到50年代，铁晶须强度已达0．7σth，ausforming和冷拔钢丝分别到0．56σth和0．4σth。然而近半个世纪来，提高断裂强度σf成了结构材料发展的主要矛盾；理论、实践都认识到，通过细化来减轻或消除不均匀性，采用净化来减少或去除有害相及杂质，借助合金化来强化材料的薄弱区，是提高σf的途径。显然，“薄弱区”的数量很少，应主要靠微合金化强化。对前两个问题，利用元素的化学活性发展处理钢，是有效手段之一；目前使用的结构材料强度，已接近实验值的0．5倍。科学家们认为，可能达到的使用限度是360kg／mm2；金属科学家今田黑男曾问：“用稀土能不能突破这个限度?”这个80年代尚未考虑到的因素，很值得注意。稀土既是最有效的“处理剂”，又兼有强微合金化作用；因此，进一步用稀土发展钢必将是一个重要方向。任何研究的或实用的金属材料性能，都是具体条件下微结构运动的宏观效应或结果。因此，研究搞清材料微结构及其动性，将是了解材料属性，实现材料改性，发展及有效使用它们的根本途径。而内耗则正是能够承担此任的迄今最有效的手段；在日本，钢铁工业已普遍用内耗；美国等国家的用户，则不接受未经内耗检测的IF钢等情况说明，冶金需要内耗。而且绝大部分实际材料都处于非平衡态；状态的变化，失稳是普遍的。因此，除固有的(如晶界、磁性等)内耗外，过程内耗是广泛的。有意义的是，研究和使用的具有希望性能的各种材料，又都是经过不同的工艺处理获得的；因此，内耗来源于或受控于制工艺是一普遍现象。正是以上这些，中国的东北大学提出发展“冶金内耗”。这是一种既研究金属滞弹性自身，又研究内耗与材料属性、内耗与制作工艺联系和深入工程问题的内耗，是金属科学、材料和工业发展的需要，也是滞弹性物理发展的结果和需要。【参考文献】：1 戢景文．物理．22，1993，2082 Gilett H W，Mark E L．Bur Mines Bull．199，1992：573 Luychx L Bell J R etc Met．Trans，1970．33414 余宗森．中国稀土学报，1990，8：2695 Ke T S(葛庭燧)，Phys Rev70，1947：5336 Zener C(1948)，“Elasticity and Anelasticity of Metals”，Univ．of Chicago Press7 Ke T S，Trans．AIME，176，1948：4488 Nowick A S Berry B S．″Anelastic Relaxation in Cryst．Solid″，Academic Press，N Y：19729 戢景文，等．金属学报，1990，26：A1410 戢景文，等．金属学报，1992，28：A207(东北大学戢景文撰) |
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