微量Ce元素對0.23C－0.36Si－0.56Mn鋼顯微組織和力學(xué)性能的影響

侯 陽，楊佳林，賀 磊，王社斌，2

（1.太原理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，太原030024；2.新材料界面科學(xué)與工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（太原理工大學(xué)），太原030024）

微量Ce元素對0.23C－0.36Si－0.56Mn鋼顯微組織和力學(xué)性能的影響

侯 陽1，楊佳林1，賀 磊1，王社斌1，2

（1.太原理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，太原030024；2.新材料界面科學(xué)與工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（太原理工大學(xué)），太原030024）

摘 要：為研究Ce元素對鋼筋力學(xué)性能的作用機(jī)制，用中頻感應(yīng)熔煉爐制備含不同微量Ce的0.23C－0.36Si－0.56Mn鋼樣.通過OM、SEM及EDS等分析測試手段，研究微量Ce對鋼材微觀組織和力學(xué)性能的影響.研究結(jié)果表明：當(dāng)鋼液中Ce含量在0～0.010%時(shí)，鋼液潔凈度提高；鐵素體晶粒尺寸由19.65 μm減小到9.65 μm；夾雜物面積由0.058%減小到0.028%，10 μm左右?guī)Ъ饨堑腁l2O3和長條狀MnS的夾雜物變?yōu)? μm左右球形86.72%Al2O3－13.28%Ce2O3和Ce固溶MnS復(fù)合夾雜物；試樣力學(xué)性能隨微Ce量的增加而明顯改善，當(dāng)Ce含量為0.01%時(shí)，鋼材的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和沖擊功比不加Ce時(shí)分別提高了16.95%、20.81%和91.94%，斷后延伸率（21.85%）超過HRB400國標(biāo)要求（17%）.

關(guān)鍵詞：Ce含量；夾雜物變形；晶粒細(xì)化；微觀組織；力學(xué)性能

HRB335和HRB400鋼是目前國內(nèi)用量最大的建筑螺紋鋼筋，廣泛用于高層建筑、橋梁和道路等土建工程.但HRB335塑韌性好而強(qiáng)度不足，HRB400強(qiáng)度高卻韌性差［1］.面對隨機(jī)而來的地震、臺(tái)風(fēng)、暴雨和火災(zāi)等自然災(zāi)害，為保證人民群眾的人身和財(cái)產(chǎn)安全，迫切需要開展低成本、高強(qiáng)高韌性建筑用鋼生產(chǎn)技術(shù)研究，從而提高鋼筋的檔次、質(zhì)量和穩(wěn)定性［2］.

通常，提高鋼液潔凈度、細(xì)化凝固組織、控制鋼中夾雜物形態(tài)、尺寸、數(shù)量和分布是提高鋼材強(qiáng)韌性能的有效方法.RE元素與鋼液中O、S具有很強(qiáng)的親和力，它不僅能夠深度脫氧、脫硫和凈化鋼液，而且能夠細(xì)化凝固組織，降低P、Sn、Pb等雜質(zhì)元素的有害作用［3－7］.另外，RE元素能改變夾雜物形貌和分布，提高鋼材力學(xué)性能.岳麗杰［8］等人的研究發(fā)現(xiàn)，耐候鋼中加入適量RE元素可把長條狀硫化物夾雜變?yōu)闄E球狀（紡錘形）或球狀，并能將氧化物夾雜復(fù)合成稀土硫氧化物；WARREN［9］等在低合金鋼中添加適量La元素后發(fā)現(xiàn)，形成的夾雜物間距變寬，可提高鋼材斷裂韌性；WANG［10］等人研究RE元素對鑄態(tài)高速鋼軋輥的微觀組織與力學(xué)性能的影響發(fā)現(xiàn)，稀土原子誘導(dǎo)凝固過程中早期共晶奧氏體結(jié)晶，提高凝固溫度、細(xì)化枝晶而提高鋼材抗拉強(qiáng)度.

但對于目前國內(nèi)鋼材用量最大、正在推廣使用的Ⅲ、Ⅳ鋼筋中，微量Ce元素對其強(qiáng)韌性能的影響及其作用機(jī)理，卻鮮有報(bào)道.為此、本研究用真空感應(yīng)爐熔煉制備3組不同微量Ce的0.23C－0.36Si－0.56Mn鋼材，研究、分析和探討微量Ce元素對建筑用鋼的顯微組織和力學(xué)性能的影響及其機(jī)理，以期為低成本開發(fā)高強(qiáng)韌性建筑用新鋼種和拓展稀土元素在鋼中應(yīng)用范圍提供基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù).

1　實(shí)驗(yàn)

將工業(yè)純鐵與鐵合金、鋁等金屬料置于ZG0.025－100－2.5型真空感應(yīng)爐中；抽真空后，為防止?fàn)t料在升溫過程中氧化，在0.008 MPa氬氣保護(hù)氣氛下升溫、熔化；當(dāng)鋼液溫度達(dá)到1 873 K時(shí)，從真空加料倉中加入純金屬Ce，恒溫精煉10 min；當(dāng)鋼液溫度降到1 833 K后澆注到預(yù)先放置在真空室的砂型中，鑄成Φ40 mm×250 mm鋼棒，隨爐冷卻至室溫.再將鋼棒加熱到（1 323±20）K，鍛造成Φ15 mm棒材，終鍛溫度1 173～1 223 K，自然冷卻，供成分檢測、微觀組織表征和力學(xué)性能測試使用.用ARL4460直讀光譜儀分析常規(guī)元素，用Leco－CS－444紅外碳／硫分析儀測定C、S含量，用Leco－TC600紅外熱導(dǎo)氧、氮分析儀分析氧、氮含量，用日本島津ICPS－7500等離子發(fā)射光譜儀分析Ce含量.本研究共制備3組不同微量Ce的鋼材，其化學(xué)成分如表1所示.

表1　實(shí)驗(yàn)鋼化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)／%）

從鍛后試棒上截取10 mm×10 mm×10 mm試樣，對其斷面依次用360～1 200號(hào)金相砂紙逐級(jí)研磨、拋光后，用4%硝酸酒精腐蝕，用NIKON L150型金相顯微鏡（OM）、JSU－6700F型場發(fā)射掃描電鏡（SEM）及其配套的能譜儀（EDS）觀測、分析試樣微觀組織、夾雜物組成與形貌，評估試樣晶粒尺寸.按GB／T 229—2007標(biāo)準(zhǔn)從每組鋼材上各制取3個(gè)拉伸、沖擊試樣；用CMT5105A微機(jī)控制電子萬能試驗(yàn)機(jī)測定鋼材的室溫拉伸性能，用JB－30B型沖擊試驗(yàn)機(jī)測定鋼材的室溫沖擊吸收功；取其平均值，供分析研究使用.

2　實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1 Ce含量對金相組織的影響

圖1為試棒鍛造空冷后在OM下放大500倍的金相組織照片.

圖1　不同Ce含量鋼樣金相圖

由圖1可以看到，同HRB335鋼材一樣，各試樣的組織均由大量鐵素體（白（灰）色）＋少量珠光體（黑色）組成.采用Nano Measure 1.2粒徑分布計(jì)算軟件測出3組試樣的鐵素體平均晶粒尺寸依次為19.65、14.76和9.65 μm.由此可見，隨著鋼中微量Ce的增加，鐵素體晶粒尺寸顯著減小.因各試樣鍛造條件和冷卻條件相同，且基本化學(xué)成分相近，可以認(rèn)為晶粒細(xì)化主要是由微量Ce元素的變化而引起.

2.2 微量Ce對鋼液潔凈度的影響

如表1所示，在相同實(shí)驗(yàn)條件下，除Ce元素外，3組試驗(yàn)的合金元素加入量均相同，但實(shí)際冶煉的鋼樣中氧、硫含量卻大幅降低.由此可見，隨著微量Ce的增加，鋼中O、S含量逐漸減小，當(dāng)Ce含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）為0.010%時(shí)，鋼液中O、S含量均比不加Ce鋼樣降低一半以上，分別達(dá)到0.012%、0.006%的水平.說明微量Ce能顯著凈化并提高鋼液潔凈度，為改善鋼中夾雜物的形態(tài)、減少其尺寸和數(shù)量產(chǎn)生積極地影響.

2.3 微量Ce對鋼中夾雜物形態(tài)的影響

實(shí)驗(yàn)鋼中部分典型夾雜物SEM圖像及EDS能譜分析結(jié)果如圖2所示.

圖2　實(shí)驗(yàn)鋼中典型夾雜物形貌SEM圖及對應(yīng)的EDS能譜

未加稀土?xí)r，鋼材中發(fā)現(xiàn)10 μm左右形狀不規(guī)則且?guī)Ъ饨堑膴A雜物，EDS面掃描結(jié)果證明其為Al2O3夾雜物（圖2（a））.當(dāng)Ce含量為0.002%時(shí)，鋼中存在8 μm左右的紡錘形MnS夾雜物（圖2（b）和（e）），說明加入微量Ce后，MnS夾雜物全部改性.當(dāng)Ce含量為0.010%時(shí)，鋼中主要存在1 μm左右近球形含Ce的MnS夾雜物（圖2（c）和（f））及1 μm左右球形Al2O3－Ce2O3夾雜物（圖2（d）和（g））.因大尺寸、棱角分明的Al2O3夾雜物與鋼基體的結(jié)合性差，鋼材在熱加工時(shí)易于在夾雜物／鋼基體界面產(chǎn)生微裂紋，將降低鋼材的強(qiáng)韌性能；長條狀MnS夾雜會(huì)明顯降低鋼的橫向韌性；而球形、小尺寸的MnS、Al2O3夾雜物表面較光滑，與基體結(jié)合性較好，熱加工過程中不易在夾雜物／鋼基體界面產(chǎn)生微裂紋.由此可想到，鋼材加入微量Ce后可通過改善夾雜物形貌并縮小其尺寸而提高鋼材力學(xué)性能.

從每個(gè)試樣SEM照片中隨機(jī)選取50個(gè)放大500倍的視場，用Image J軟件處理、分析試樣中夾雜物的面積，其統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表2所示.可見，隨微量Ce的增加，鋼樣中夾雜物的面積減少，其減少率分別為36.2%和51.7%；這無疑提高了鋼液潔凈度.

表2　鋼中夾雜物面積分?jǐn)?shù)

由此可知，隨著鋼中微量Ce的增加，夾雜物的尺寸和數(shù)量均減小，形態(tài)得到改善，為提高鋼材力學(xué)性能奠定基礎(chǔ).

2.4 微量Ce對鋼材力學(xué)性能的影響

圖3、圖4分別為鋼材的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、斷后延伸率和沖擊功隨微量Ce的變化曲線，其中虛線為國標(biāo)HRB335的延伸率.由圖3和4可以看出，除延伸率外，鋼材的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和沖擊功均隨微量Ce的增加而提高.當(dāng)Ce含量達(dá)0.010%時(shí)，試樣抗拉強(qiáng)度為487.10 MPa、屈服強(qiáng)度為361.91 MPa、沖擊功為215 J，比不加稀土試樣分別提高了16.95%，20.81%和91.94%，雖成分僅為普碳鋼，但其力學(xué)性能接近HRB400要求.盡管其斷后伸長率隨著微量Ce的增加呈現(xiàn)先增大后減小的現(xiàn)象，但均滿足或超過HRB400國標(biāo)要求.上述結(jié)果表明，微量Ce能提高普碳鋼鋼材的綜合力學(xué)性能.這是提高鋼液潔凈度、細(xì)化鐵素體晶粒和夾雜物的尺寸、改善夾雜物形貌的結(jié)果；是鋼鐵廠低成本生產(chǎn)（節(jié)約鐵合金成本）高強(qiáng)韌性鋼材的關(guān)鍵技術(shù).

圖3　抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、延伸率隨稀土含量的變化

圖4　常溫沖擊功隨稀土含量的變化

3　分析與討論

3.1 微量Ce細(xì)化鐵素體晶粒尺寸

通常，細(xì)晶化原理可概括為以下兩方面［11］：1）增大γ→α相變過冷度，提高α相形核率；2）在L→δ→γ→α相變時(shí)為新相提供異質(zhì)形核點(diǎn)，通過增加各相（δ、γ、α）異質(zhì)形核點(diǎn)的數(shù)量細(xì)化凝固和熱加工過程的晶粒尺寸.研究表明［12］，溶于鋼中的Ce原子偏聚于晶界處，可以明顯降低晶界能，阻止晶界遷移，使奧氏體晶粒細(xì)化，晶界總面積增加，為α相提供更多形核位置，從而提高α相形核率，細(xì)化鐵素體晶粒（圖1）.另一方面，Ce原子與鋼液中的O、S元素反應(yīng)生成的復(fù)合夾雜物（圖2（c）和（d））彌散分布在鋼（液）基體中成為凝固（L→δ）、結(jié)晶（δ→γ）和再結(jié)晶（γ→α）時(shí)的異質(zhì)形核點(diǎn)，在鋼材加工過程中，這部分復(fù)合夾雜物可為新相提供更多異質(zhì)形核點(diǎn)而細(xì)化晶粒.這涉及夾雜物冶金的領(lǐng)域，本文將深入研究夾雜物尺度和密度對晶粒細(xì)化的影響.以上結(jié)果表明，微量Ce元素在鋼液凝固和鋼材熱加工過程中具有減小晶粒尺寸的雙重作用.

3.2 微量Ce作用下夾雜物的改性機(jī)理

由圖2（g）中EDS能譜半定量分析可得，圖2（d）所示的夾雜物是質(zhì)量分?jǐn)?shù)為79.34%Al2O3－20.66%Ce2O3的復(fù)合氧化物.在1 873 K精煉條件下，Al脫氧鋼液中可以發(fā)生如下化學(xué)反應(yīng)［13－14］.

根據(jù)表1中3＃試樣的化學(xué)成分和1 873 K下諸元素間的相互作用系數(shù)［14］可計(jì)算式（1）～（3）反應(yīng)的吉布斯生成自由能值分別為－44.16，－178.05，－307.689 kJ／mol，由此可知在1 873 K 下Al2O3、Ce2O3和CeAlO3均能生成.根據(jù)式（2）、（3）可得式（4）.

經(jīng)計(jì)算，1 873 K下式（4）反應(yīng)的ΔG＝－368.299 kJ／mol＜0，故式（4）反應(yīng)平衡后CeAlO3也會(huì)變?yōu)镃e2O3夾雜物.為此，圖2（d）所示的Al2O3－Ce2O3復(fù)合夾雜物是高溫條件下Ce用未反應(yīng)模型還原固態(tài)Al2O3而生成芯部Al2O3外部包裹Ce2O3的復(fù)合夾雜物（SEM照片發(fā)白處可能是Ce2O3，灰度大的部分是Al2O3）.

由圖2（f）EDS能譜半定量分析結(jié)果可知，該夾雜物中Mn、S原子比接近于1，與圖2（b）（2＃試樣）中不含Ce的MnS夾雜組分相近，但尺度卻僅有后者的十分之一，且形狀趨于球形.這是因?yàn)椋?5］MnS一般在鋼液凝固末期析出，因微量Ce元素提高鋼液過冷度，液態(tài)MnS以表面能最低的球形自發(fā)形核，從而減小夾雜物尺寸.另外，Ce原子固溶于MnS夾雜中，使MnS塑性降低，硬度提高，在鍛造過程中不易變形，從而保持球形，改善了鋼材的橫向韌性.

3.3 微量Ce對鋼材綜合力學(xué)性能的影響機(jī)理

3.3.1 微量Ce對鋼材拉伸性能影響

由圖1和圖3可知，試樣的微觀組織由大量鐵素體與少量珠光體組成，且隨著微量Ce的增加，鐵素體晶粒尺寸減小，珠光體比例有所增加，鋼材抗拉強(qiáng)度與屈服強(qiáng)度均提高.

根據(jù)霍爾－配奇公式（式（5）），鋼材屈服強(qiáng)度與晶粒直徑平方根的倒數(shù)呈正比.

式中：σ0為常數(shù)，反映晶內(nèi)對變形的阻力；K為常數(shù)，表示晶界對強(qiáng)度影響的程度；d為晶粒的平均直徑.

鋼材強(qiáng)度與滑移從先塑性變形的晶粒轉(zhuǎn)移到相鄰晶粒密切相關(guān)，而這種遷移能否發(fā)生，主要取決于在已滑移晶粒晶界附近的位錯(cuò)塞積群所產(chǎn)生的應(yīng)力集中能否激發(fā)相鄰晶?；葡抵械奈诲e(cuò)源，以協(xié)調(diào)多滑移的進(jìn)行.位錯(cuò)塞積數(shù)目越多，應(yīng)力集中越大.而鋼中Ce含量在0～0.010%時(shí)，鐵素體晶粒尺寸隨著微量Ce的增加而減小，小晶粒晶界附近的位錯(cuò)塞積數(shù)目少，造成的應(yīng)力集中小，需要在較大的外加應(yīng)力下才能使相鄰晶粒發(fā)生塑性變形［16］.因此，鋼材強(qiáng)度隨微量Ce的增加而提高.

但是，由圖3可知，3＃試樣的斷后延伸率比1＃和2＃試樣都小，這可能與珠光體形貌有關(guān).不同微量Ce試樣中珠光體形貌及其片間距值如圖5所示.

圖5　不同試樣珠光體形貌及板條間距

由圖5可以看出，雖然3＃試樣中珠光體晶粒尺寸較小，對提高材料強(qiáng)度有益，但珠光體片間距卻最寬，且滲碳體片較厚.薄的滲碳體片在受到橫向沖擊時(shí)能夠彎曲變形，不易脆斷，而3＃試樣滲碳體片厚，變形量小.另外，當(dāng)片層間距較大時(shí)，位錯(cuò)容易在片層之間塞積，造成較大的應(yīng)力集中，降低鋼材塑性，表現(xiàn)為斷后延伸率的降低.由此可知，鋼材的強(qiáng)度主要取決于鐵素體晶粒尺寸，而塑韌性卻更依賴于珠光體的形貌，這為解決鋼材強(qiáng)韌性矛盾提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù).

3.3.2 微量Ce對鋼材沖擊性能影響

圖6為試樣沖擊斷口典型SEM像，可以看出：1?！?＃試樣的沖擊斷口均由韌窩組成，屬于典型韌性－微孔聚集型斷裂；斷口的韌窩中幾乎都有尺寸大小不一的非金屬夾雜物（圖6和圖7）.此時(shí)，鋼材的斷裂韌性主要由基體微觀組織（晶粒尺寸）決定，但受到夾雜物形貌、尺度和體積分?jǐn)?shù)（密度）等因素的嚴(yán)重影響.

3.3.2.1 鐵素體晶粒尺寸對沖擊功的影響

結(jié)合圖1與圖4可知，當(dāng)鋼中Ce含量為0～0.010%時(shí)，鐵素體晶粒尺寸≤19.65 μm，材料室溫沖擊功隨著晶粒尺寸的減小而顯著增加.這是由于：一方面，晶粒細(xì)小，單位體積內(nèi)晶界增多，裂紋擴(kuò)展阻力增大，需要吸收更多能量才能斷裂，且晶粒細(xì)小，晶界前塞積的位錯(cuò)數(shù)量減少，利于降低晶粒與晶界之間的應(yīng)力集中；另一方面，晶粒細(xì)小，晶界總面積增加，處于晶界處雜質(zhì)濃度減少，避免沿晶脆性斷裂，從而提高了材料的沖擊韌性.

3.3.2.2 夾雜物特征對沖擊功的影響

材料斷裂韌性受到夾雜物體積分?jǐn)?shù)、夾雜物分布間距和夾雜物微孔形核的阻力影響［17］.在每個(gè)試樣斷口處選取30個(gè)SEM視場，由斷面上相鄰韌窩之間的距離估算鋼材基體中相鄰?qiáng)A雜物平均間距和韌窩中夾雜物平均直徑［18］可知，1＃～3＃試樣中夾雜物平均間距分別約為5.59，3.54和2.51 μm，其平均直徑分別為2.48，1.45和0.98 μm，代入

式中：X0為夾雜物平均間距；R0表示將夾雜物形狀折算成球形后的平均半徑；f為實(shí)驗(yàn)鋼中夾雜物的體積分?jǐn)?shù).

計(jì)算可得，夾雜物體積分?jǐn)?shù)分別約為0.007 7，0.006 1，0.005 2，即隨微量Ce的增加而依次減小.這與本研究表征結(jié)果和鋼液的潔凈程度的影響一致.由于夾雜物體積分?jǐn)?shù)和尺寸減小，在塑性斷裂時(shí)，由夾雜物而形成的微孔很難以縮頸形式聚合，且微孔間的局部剪切也不易擴(kuò)展［19］，因而2＃、3＃試樣的沖擊吸收功比1＃試樣大.另外，在1＃和2＃試樣沖擊斷口處發(fā)現(xiàn)少量8 μm左右CaO夾雜（A）和大于10 μm的SiO2－Al2O3夾雜（B），如圖7（a）和（d）、（b）和（e）所示.這些夾雜物尺寸很大，形狀不規(guī)則，并帶有棱角.鋼材在鍛造、扎制等加工過程中，在棱角的尖端形成高應(yīng)力集中區(qū)，易形成微裂紋.

圖6　實(shí)驗(yàn)鋼典型沖擊斷口形貌SEM像

圖7　試樣斷口處特殊夾雜物形貌及EDS譜圖

試樣在受到外界切應(yīng)力作用下，微裂紋擴(kuò)展速度加快，但裂紋極易與夾雜物上產(chǎn)生的微孔匯合，而導(dǎo)致試樣斷裂.但在3＃試樣斷口處發(fā)現(xiàn)2 μm左右球形含Ce的Al2O3夾雜物（圖7（c）和（f））.當(dāng)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)到該質(zhì)點(diǎn)時(shí)，由于其尺度小，曲率半徑大，在夾雜物／鋼基體界面不易產(chǎn)生微裂紋，位錯(cuò)可以消耗一部分能量來切過或者繞過該粒子繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，并在其周圍產(chǎn)生大量的位錯(cuò)環(huán).隨著位錯(cuò)數(shù)量的增加，造成位錯(cuò)塞積，位錯(cuò)線的相互作用形成微裂紋，與微孔逐漸匯合，最終連成一條細(xì)線，因基體連接部分太少，不足以承受外加應(yīng)力，導(dǎo)致材料斷裂.在此過程中必定要消耗更多的能量，表現(xiàn)為材料沖擊吸收功的提高.

上述結(jié)果充分說明，斷口處夾雜物的體積分?jǐn)?shù)、分布間距、尺寸和形貌對試樣沖擊功造成極大影響；通過加入微量Ce元素而改善之是提高鋼材沖擊韌性的有效手段.

4　結(jié)論

1）鋼中Ce含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）在0～0.010%時(shí)，鐵素體晶粒尺寸由19.65 μm減小到9.65 μm，鋼液潔凈度提高.

2）鋼中Ce含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）在0～0.010%時(shí)，夾雜物面積由0.058%減小到0.028%，10 μm左右?guī)Ъ饨堑腁l2O3夾雜和紡錘形MnS夾雜變?yōu)? μm左右球形86.72%Al2O3－13.28%Ce2O3復(fù)合氧化物和Ce固溶MnS夾雜物.

3）鋼中Ce含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）在0～0.010%時(shí)，試樣力學(xué)性能明顯改善.其中Ce含量為0.010%時(shí)，抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度比不加稀土試樣分別提高16.95%和20.81%，沖擊功提高91.94%，斷后延伸率（21.85%）超過HRB400國標(biāo)要求（17%）.

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（編輯 呂雪梅）

Effects of cerium on microstructures and
mechanical properties of 0.23C－0.36Si－0.56Mn steel

HOU Yang1，YANG Jialin1，HE Lei1，WANG Shebin1，2

（1.College of Materials Science and Engineering，Taiyuan University of Technology，Taiyuan 030024，China；2.Key Laboratory of Interface Science and Engineering in Advanced Materials（Taiyuan University of Technology），Ministry of Education，Taiyuan 030024，China）

Abstract：To study the mechanisms of cerium affecting the physical performance of rebar，0.23C－0.36Si－0.56Mn steel samples with different content of cerium addition were prepared by smelting and casting in a vacuum induction furnace.Optical Microscope（OM），Scanning Electron Microscope（SEM）and Energy Disperse Spectroscopy（EDS），and a series of mechanical tests were employed to investigate the effects of cerium on microstructures and mechanical properties of the specimens.The results show that，when the content of Ce is within 0～0.01%，the cleanness of the steels increases，the grain size of ferrites decreases from 19.65 μm to 9.65 μm，the proportion of inclusion area decreases from 0.058%to 0.028%and the 10 μm angular Al2O3inclusion and strip MnS inclusion are transformed into 1 μm spherical 86.72%Al2O3－13.28%Ce2O3inclusions and MnS inclusions containing Ce.Tensile tests and impact tests show that the tensile strength，yield strength and impact energy of the specimens with 0.01%Ce addition increase by 16.95%，20.81%and 91.94%，respectively，compared with those of Ce?free specimens.The elongation to failure（21.85%）exceeds the standard value of that of HRB400 steels（17%）.

Keywords：Ce content；inclusions deformation；refining grain size；microstructures；mechanical properties

通信作者：王社斌，E?mail：shebinwang＠163.com.

作者簡介：侯 陽（1989—），女，碩士研究生.

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（51371122）.

收稿日期：2014－01－19.

doi：10.11951／j.issn.1005－0299.20150107

中圖分類號(hào)：TG113

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1005－0299（2015）01－0038－07