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摘要
非金属夹杂物对焊缝金属的微观组织有着重要的影响。稀土元素与氧和硫的亲和力强,对非金属夹杂物具有良好的改质作用。采用埋弧焊工艺,在焊剂中加入二氧化铈并配加还原剂硅钙合金,有效地将铈（Ce）过渡到超低温高锰钢焊缝金属中。研究了不同Ce含量的焊缝金属中夹杂物,凝固组织和偏析行为。结果表明:当Ce含量从0增加到0.087 wt.%,夹杂物数量密度增加,平均尺寸减小。夹杂物的尺寸分布范围以小于0.80μm为主,且尺寸小于0.80μm的夹杂物数量比例由79.28%增加到91.43%。随着Ce含量的增加,焊缝金属中夹杂物的演变过程为Al2O3→CeAlO3→Ce2O3→Ce2O2S,与热力学计算结果吻合。通过对夹杂物与焊缝金属的界面观察及夹杂物与奥氏体的二维晶格错配度计算,这些含Ce夹杂物可以作为有效的形核质点,促进奥氏体异相形核,其中CeAlO3夹杂物效果最好,其次是Ce2O3,最后为Ce2O2S。有效夹杂物的数量密度和尺寸分布影响了凝固组织的变化。在Ce含量为0.087 wt.%的焊缝金属中,大量细小的Ce2O3和Ce2O2S夹杂物分布在枝晶核内,促进了凝固过程中奥氏体的形核,细化了枝晶组织。随着Ce含量的增加,由于枝晶臂间距的减小,Mn、C和Si元素的偏析比逐渐降低。此外,含Ce焊缝金属中枝晶间区域的Ce含量高于枝晶核内。
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