综述：铈添加对低氧高速钢中碳化物的细化机制

本综述推荐：研究通过实验与计算相结合的方法，揭示了稀土元素铈（Ce）在超低氧（3 ppm）M2高速钢（HSS）中对碳化物的细化机制。Ce添加通过改变成分分布，主要偏析于基体，为W/Mo等碳化物形成元素提供溶质捕获位点，促使粗大M2C转变为细小M6C和MC，显著提升材料力学性能。

　　

引言

高速钢（HSS）作为高合金钢的代表，其高温硬度和耐磨性主要依赖于碳化物的分布与尺寸。近年来，稀土（RE）元素如铈（Ce）的添加成为优化HSS性能的有效手段，尤其在超低氧条件下效果显著。本文聚焦Ce在低氧M2高速钢中对碳化物的细化作用，结合先进表征技术揭示了其微观机制。

材料与方法

实验采用真空感应炉制备氧含量3 ppm的M2高速钢，添加0.06 wt.% Ce。通过电子显微镜、微计算机断层扫描（micro-CT）、三维原子探针（3D-APT）等技术，对比分析了Ce添加前后初生/次生碳化物的形貌与成分演变。

铸态微观结构

未添加Ce的样品中，M₂C碳化物呈粗大层片状连续分布于晶界；而Ce添加后，M₂C转变为细小颗粒状，且分布更致密。电子能量损失谱（EELS）显示Ce主要偏析于基体，形成溶质捕获位点，抑制W/Mo等元素的扩散，从而阻碍碳化物过度生长。

Ce对碳化物形成与转化的影响

在凝固末期，Ce通过改变局部溶质浓度梯度，促使M₂C分解为M₆C和MC。这一过程在后续热加工中进一步细化，形成球形碳化物。理论计算表明，Ce的偏析降低了碳化物与基体的界面能，增强了结构稳定性。

结论

1. 1.

   Ce添加将初生M₂C从层片状转化为细小颗粒，高温分解后形成球形M₆C；

2. 2.

   碳化物细化显著提升HSS的硬度与韧性；

3. 3.

   超低氧环境是Ce发挥效用的关键前提。

该研究为稀土改性高速钢的工业应用提供了理论依据，凸显了成分精准调控对材料性能的重要性。