近日，上海大学先进凝固技术中心团队在铈对低合金铸钢中夹杂物改性和显微组织影响机理方面的研究取得重要进展，研究成果以“Evolution mechanism of inclusions and microstructure in low-alloy cast steel with cerium addition”为题发表在材料科学领域学术期刊《Journal of Materials Research and Technology》。该论文第一作者为赵龙博士研究生，通讯作者为陈湘茹正高级实验师和翟启杰教授。上海大学为第一作者和通讯作者单位。

低合金铸钢因其卓越的性能，在矿山、汽车制造以及海洋工程等多个领域得到了广泛应用。随着科技的进步，工业界对低合金铸钢的承载能力提出了更高的标准。为了满足这些要求，我们不仅需要增强其强度和韧性，还要努力减小其截面尺寸和重量，以更好地适应各种特定应用环境。在钢铁材料的生产过程中，夹杂物的存在是不可避免的，而夹杂物类型、大小、分布以及数量等因素都会对钢材的整体性能产生显著的影响，因此，通过细化夹杂物来减少基体的断裂和裂纹扩展，已经成为提高低合金铸钢强度和韧性的研究方向之一。

夹杂物的分布工业CT图像：（a）Ce-free钢；（b）Ce-0.06钢；（c）夹杂物尺寸分布

夹杂物三维形貌的SEM图像：（a）、（b）和（c）Ce-free钢；（d）、（e）和（f）Ce-0.06钢

低合金铸钢热处理后的显微组织：（a）、（b）和（c）Ce-free钢；（d）、（e）和（f）Ce-0.06钢；（g）和（h）分别为Ce-free钢和Ce-0.06钢晶粒尺寸分布

实验结果表明，随着铈元素的添加，低合金铸钢中夹杂物的演变路线为MnS+MnS- Al₂O₃→Ce₂O₂S-Ce₂S₃-MnS+CeAlO₃-Ce₂S₃-MnS，这种演变导致夹杂物由条带状转变为球形，同时，最大等效直径从14.7 μm减小到5.7 μm。此外，与Ce-free钢相比，Ce-0.06钢的平均晶粒尺寸从19±11 μm减小到15±7 μm，并且针状的Widmanstatten组织消失，这可能是由于稀土夹杂物在凝固过程中起到异质形核作用。本研究为通过添加铈来提高低合金铸钢的综合力学性能提供了理论支持。

该研究得到国家自然科学基金委、“含钒铸钢铸铁应用技术联合实验室”和“上大-中信-CBMM含铌铸造合金联合实验室”的资助。

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2024.09.087