稀土对低硫钢性能和组织的影响23203.docx

Evaluation Warning: The document was created with Spire.Doc for .NET.稀土对低硫硫钢性能能和组织织的影响响朱兴元陈陈邦文曾静静朱天天佑林林勤摘要要研究究了稀土土对低硫硫(S0.0005%)钢性性能和组组织的影影响，研研究结果果表明，稀稀土元素素的加入入可大大大改善钢钢的冲击击韧性，而而不影响响钢的组组织类型型，但可可使钢中中铁素体体数量增增加，珠珠光体数数量减少少，晶粒粒度级别别略有提提高。关键键词稀稀土低低硫钢性能Behavviouur oof RRaree Eaarchh inn Loow-SSulpphurr StteellZhu XXinggyuaanCheen BBanggwennZenng JJingg(Wuuhann Irron % SSteeel CCorpp.)ZZhu TiaanyoouLinn Qiin(UUnivverssityy off Scciennce & TTechhnollogyy Beeijiing)AbstrracttThiis ppapeer ppressentts sstuddy oon tthe efffectt off raare earrth on thee prropeertiies andd sttruccturres of loww-suulphhur steeel.Thee reesullt sshowws tthatt immpacct.ttougghneess of steeel cann bee grreattly impprovved by adddingg raare earrth.Rarre eeartth ddoess noot aaffeect thee sttruccturres of steeel,butt itt caan iincrreasse tthe ferrritte aamouunt andd reeducce tthe peaarliite maggnittudee ass weell as impprovve ssligghtlly tthe graain sizze lleveel.KKeywworddsrarre eeartthloww-suulphhur steeelprooperrty1前言稀土在在冶金工工业中尤尤其是钢钢中的应应用是一一个古老老而新兴兴的课题题，稀土土在钢中中的作用用主要表表现在三三个方面面1，即净净化钢液液：脱氧氧、脱硫硫、减少少钢中夹夹杂物和和降低磷磷、硫、砷砷、锑、铋铋、铅、锡锡等元素素的有害害作用。变变质夹杂杂。改变变夹杂物物的组成成形态和和性质：微合金金化：稀稀土与碳碳、氮、氢氢及其他他合金元元素的交交互作用用，稀土土在钢中中的固溶溶和对凝凝固、晶晶界、相相变、组组织等的的影响，当当钢中S在在0.0015%左右时时，主要要表现为为稀土和和硫的作作用，在在这种情情况下用用钢中的的RE/S作为为主要控控制参数数，近年年来，随随着冶炼炼技术水水平的提提高，钢钢中OO、S等等含量不不断下降降，使得得低硫钢钢的产量量不断增增加，因因此本研研究主要要开展稀稀土对低低硫钢作作用的研研究，探探寻稀土土在低硫硫钢中的的作用规规律，探探讨不同同稀土含含量对低低硫钢的的组织、性性能的影影响。2试验条条件和试试验方案案试验钢钢在500kg真真空感应应炉中冶冶炼，稀稀土为含含铈量大大于999%的纯纯铈金属属，稀土土在冶炼炼终点和和出钢前前加入，试试验钢的的基本成成分设计计参照工工业管线线用钢，其其化学成成分的平平均值见见表1。表1稀土土微合金金钢化学学成分(w)/%编号SiMnPCSRE10.27221.230.01550.11330.003385020.19881.20.01660.06550.0033750.0100530.29991.220.01660.06990.004420.0166040.19221.230.01660.06110.004450.0477550.16881.320.01660.05990.003310.08110试验钢钢先采用用铝线进进行脱氧氧处理后后使用氩氩气保护护注锭，钢钢锭为550kgg的圆锭锭，钢锭锭在12200加热保保温2hh，在小小轧机上上进行两两阶段控控轧，开开轧温度度11550，再再结区轧轧制温度度为1000011150，非再再结晶区区轧制温温度为88009550之之间进行行。 3试验结结果及讨讨论3.1稀稀土对钢钢的力学学性能的的影响33.1.1稀稀土对钢钢的屈服服点、抗抗拉强度度的影响响试试验钢的的横向、纵纵向屈服服点及抗抗拉强度度平均值值见表22所示。表2稀土土微合金金钢的屈屈服点及及抗拉强强度编号横向屈服点点/MPPa横向抗拉强强度/MMPa横向屈强比比纵向屈服点点/MPPa纵向抗拉强强度/MMPa纵向屈强比比13034500.67222934450.657723384300.78553234250.759933034150.72992854100.695542904030.72002753980.692252653950.67112734000.6811由表22可见，一一定量的的稀土加加入可使使钢的纵纵横向屈屈强比略略有提高高，加入入过多的的稀土含含量则屈屈强比又又下降，随随着稀土土含量的的增加，钢钢的纵向向屈服点点和抗拉拉强度都都呈下降降趋势2，当当稀土含含量达到到一定程程度后，钢钢的强度度均匀性性则得以以改善，这这是因为为稀土对对钢的强强度的影影响是复复杂的，一一方面，稀稀土净化化钢液，与与N、PP交互作作用，减减少珠光光体数量量等使用用，会导导致强度度的降低低，另一一方面，稀稀土在钢钢中固溶溶，减少少珠光体体片层间间距，稀稀土细化化晶粒及及促进碳碳氮化物物沉淀相相析出等等作用，有有利于强强度的提提高33。3.11.2稀土对对钢的延延伸率、断断面收缩缩率及冷冷弯的影影响表3为为试验钢钢的横向向与纵向向延伸率率及横向向断面收收缩率的的结果,由表可可以看出出,稀土土元素的的加入可可以改善善钢的横横向延伸伸率44,其其对纵向向延伸率率及断面面收缩率率的影响响不显著著,而1180°° d=a宽冷冷弯结果果表明,纵向冷冷弯试验验基本完完好,而而横向冷冷弯则出出现了分分层、裂裂纹等,这可能能与加入入过量稀稀土而形形成链串串状稀土土氧化物物夹杂有有关。33.1.3稀稀土对钢钢的冲击击功的影影响图1图3分分别为-40、-660、-78时不同同稀土加加入量引引起的试试验钢低低温横向向冲击功功平均值值的变化化, 图图4图图6则分分别为其其对应的的纵向冲冲击功平平均值的的变化,由图可可见,随随着稀土土含量的的增加,横向冲冲击功的的数值先先是迅速速增加而而后则缓缓慢下降降,在稀稀土含量量为0.0155%00.0335%时时会出现现一峰值值,其变变化呈现现出抛物物线形态态的变化化规律,这说明明一定量量的稀土土加入量量可以提提高钢的的冲击韧韧性值;而纵向向冲击功功则随着着稀土含含量的增增加急剧剧增加,当稀土土含量0.0015%时纵向向冲击功功则呈现现出对温温度的不不敏感趋趋势,降降低了脆脆性转变变温度,这也进进一步说说明稀土土对冲击击韧性, 尤其其是低温温冲击韧韧性有显显著的改改善。 表3各组组试验钢钢的横向向与纵向向延伸率率及横向向断面收收缩率编号横向延伸率率/%横向断面收收缩率/%横向冷弯试试验1880°dd=a纵向延伸率率/%纵向冷弯试试验1880°dd=a1-13070完好38完好1-23271完好35完好2-14267完好34完好2-23273裂纹32完好3-13356完好36完好3-24076完好38完好4-13670完好36完好4-23578微裂纹37表皮撕开5-13277完好36完好5-23577裂纹35完好3.2稀稀土对钢钢的各向向异性的的影响试验验钢的屈屈服点、抗抗拉强度度及冲击击功的各各向异性性见表44所示,从中可可见,稀稀土的加加入明显显地改善善钢冲击击功的各各向异性性;因为为稀土元元素的加加入可以以在钢中中形成球球状稀土土硫化物物夹杂,从而降降低了夹夹杂物对对钢的异异向性,达到改改善钢的的各向异异性的目目的44。 表4各组组试验成成分的各各向异性性(横向向/纵向向)编号屈服点比抗拉强度比比20冲击击功比0冲击功功比-20冲冲击功比比-40冲冲击功比比-60冲冲击功比比-78冲冲击功比比11.034421.01110.62220.65990.44550.491.13660.321.046651.01220.97990.99771.01661.01550.72550.164431.061141.01220.86440.86110.88990.94110.94330.594441.054451.01330.96110.75550.88771.02330.47660.474450.972250.98880.82660.73770.65880.70880.42660.2633图1-440时时稀土与与横向冲冲击功AAk的关关系图2-660时时稀土与与横向冲冲击功AAk的关关系图3-778时时稀土与与横向冲冲击功AAk的关关系图4-440时时稀土与与纵向冲冲击功AAk的关关系图5-660时时稀土与与纵向冲冲击功AAk的关关系图6-778时时稀土与与纵向冲冲击功AAk的关关系3.3稀稀土对钢钢的组织织及夹杂杂的影响响稀稀土的加加入引起起钢的组组织及夹夹杂的变变化如表表5及照照片12所示示,从表表及照片片中可以以看出加加入稀土土金属后后,钢的的组织并并没有发发生多大大的变化化,其组组织全部部为铁素素体+珠珠光体,但随钢钢中稀土土含量增增加,铁铁素体数数量增多多,珠光光体数量量减少,晶粒度度级别略略有提高高,即钢钢中的晶晶粒变得得更细,这与有有关文献献报道相相吻合5。究究其原因因是由于于稀土降降低了碳碳在铁素素体中的的活度,增大了了铁素体体的溶碳碳能力,从而对对组织中中珠光体体含量产产生了减减少影响响6。稀土土细化晶晶粒的实实质,在在于稀土土为表面面活性物物质,固固溶稀土土主要分分布在晶晶界,降降低了奥奥氏体晶晶界的界界面张力力和晶界界能,使使晶粒长长大的驱驱动力减减小,把把晶粒长长大移到到了更高高的温度度范围,从而达达到了细细化晶粒粒的目的的。值得得注意的的是由表表5可见见,在含含碳量较较低的低低硫钢中中,随着着稀土加加入量的的增加,钢中夹夹杂物级级别提高高,钢质质纯净度度下降;因此根根据本次次试验钢钢的数据据来看,稀土的的加入量量宜暂限限制在00.0116%以以下,具具体情况况还得作作进一步步探讨与与研究。表5试验验钢中组组织、夹夹杂及晶晶粒度评评级编号夹杂物级别别组织晶粒度1D类细系11.5级级铁素体+珠珠光体混晶表层,次表层层11级级,心部部10级级2D类细系22级铁素体+珠珠光体9.5级3B类细系22.5级级铁素体+珠珠光体10.5级级4B类细系44.5级级铁素体+珠珠光体12级5B类细系44级铁素体+珠珠光体10级图71号号成分试试样的组组织及晶晶粒度1100××(未加加稀土)图82号号成分试试样的组组织及晶晶粒度110×(加入稀稀土±00.01105%)4结论(1)稀土可可提高钢钢的纵横横向屈强强比,但但加入过过多的稀稀土含量量则屈强强比又下下降工,随着稀稀土含量量的增加加,钢的的纵向屈屈服点和和抗拉强强度都呈呈下降趋趋势,当当稀土含含量达到到一定程程度后,钢的强强度均匀匀性则得得以改善善。(2)稀土可可改善钢钢的横向向延伸率率,而对对纵向延延伸率及及断面收收缩率的的影响不不显著。(3)稀土使横向冲击功的数值先是迅速增加而后则缓慢下降,在稀土含量为0.015%0.035%时会出现一峰值,而纵向冲击功则随着稀土含量的增加急剧增加,当稀土含量0.015%时纵向冲击功呈现出对温度的不敏感趋势,一定的稀土加入量可以提高钢的冲击韧性值,尤其是低温冲击韧性。(4)稀土可改善钢冲击功的各向异性。(5)加入稀土金属后,钢的组织并没有发生显著变化,但铁素体数量增多,珠光体数量减少,晶粒度级别略有提高,但随着稀土加入量的增加,钢中夹杂物级别提高,钢质纯净度下降。因此,在低碳低硫钢中,稀土的加入量宜暂限制在0.016%以下,具体情况还须作进一步的试验与研究。联系人：朱朱兴元，博博士生，武武汉市(43000800)武汉汉钢铁集集团公司司技术中中心作者者单位:朱兴元元陈邦邦文曾曾静武钢技技术中心心朱朱天佑林勤勤北京京科技大大学参考文献1林勤.稀土在在钢中的的作用规规律与机机理.北北京科技技大学报报,19991,1022谢长长生、崔崔.稀土土元素在在奥氏体体热作工工具钢中中的作用用.稀土土,19988,(6)3林林勤、叶叶文等.超低硫硫微合金金钢中稀稀土作用用的研究究.第五五届全国国稀土在在钢中应应用学术术讨论会会论文集集,19995,(100)4余宗森森.稀土土在钢铁铁中的应应用.北北京:冶冶金工业业出版社社,1998755刘宗宗昌、李李承基.稀土对对低碳硅硅锰钢组组织转变变的影响响.兵器器材料科科学与工工程,119900,(44)6金泽洪洪、陈方方明等.钢中稀稀土的净净化变质质作用及及对钢组组织性能能的影响响.第四四届全国国稀土在在钢中应应用学术术讨论会会论文集集,19992