稀土对低硫钢性能和组织的影响.pdf

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1、1/8 稀土对低硫钢性能和组织的影响 朱兴元 陈邦文 曾 静 朱天佑 林 勤 摘 要 研究了稀土对低硫(S05%）钢性能和组织的影响，研究结果表明,稀土元素的加入可大大改善钢的冲击韧性,而不影响钢的组织类型，但可使钢中铁素体数量增加，珠光体数量减少，晶粒度级别略有提高。关键词 稀土 低硫钢 性能 Behaviou o Rare rh in Loulphur Stl Zhu Xnyuan Chen Bagen Zen Jig（Wuan ro%Seel Co.)Z ianu Lin Qi（Uirsty of Sci&chnology eiig）stact Ths per present sdy o

2、n te efect f rare earth n th roperties and strutres of ow-sulhur seel。he reult sows tha imact.ouhnss f steel ca be gealy irovd y adin re eah.Rare eart does ot affect te srturs of sl，ut it can incese the eite amount an rdce the pearlite mgntude s well as improve slightly te grain sz level.Kwrds rare

3、earth losuur stel pery 1 前言 稀土在冶金工业中尤其是钢中的应用是一个古老而新兴的课题，稀土在钢中的作用主要表现在三个方面1，即净化钢液：脱氧、脱硫、减少钢中夹杂物和降低磷、硫、砷、锑、铋、铅、锡等元素的有害作用.变质夹杂。改变夹杂物的组成形态和性质：微合金化：稀土与碳、氮、氢及其他合金元素的交互作用,稀土在钢中的固溶和对凝固、晶界、相变、组织等的影响,当钢中在 0。05%左右时，主要表现为稀土和硫的作用,在这种情况下用钢中的作为主要控制参数，近年来，随着冶炼技术水平的提高，钢中、S等含量不断下降，使得低硫钢的产量不断增加，因此本研究主要开展稀土对低硫钢作用的研究,探寻

4、稀土在低硫钢中的作用规律,探讨不同稀土含量对低硫钢的组织、性能的影响。2 试验条件和试验方案 试验钢在g 真空感应炉中冶炼，稀土为含铈量大于 99%的纯铈金属，稀土在冶炼终点和出钢前加入,试验钢的基本成分设计参照工2/8 业管线用钢,其化学成分的平均值见表.表 稀土微合金钢化学成分（w)/编号 Si Mn C S E 1 1。3 0.1。3 0.0385 0 2 0.19。2 0。016 0.065 0.0037 0.0 3 0.299 122 0.016.069 0。002 0.060 4 0.192 1.23 0.16 061 0.005 0.75 5 0.168 1.32。06.059。

5、0031 0。0810 试验钢先采用铝线进行脱氧处理后使用氩气保护注锭，钢锭为0kg的圆锭,钢锭在 120加热保温 2，在小轧机上进行两阶段控轧，开轧温度 150,再结区轧制温度为 1000115,非再结晶区轧制温度为 800950之间进行.3 试验结果及讨论 3.稀土对钢的力学性能的影响 3。1.1 稀土对钢的屈服点、抗拉强度的影响 试验钢的横向、纵向屈服点及抗拉强度平均值见表 2 所示.表 2 稀土微合金钢的屈服点及抗拉强度 编号 横向 屈服点 P 横向抗拉强度MPa 横向屈强比 纵向屈服点/MP 纵向抗拉强度MPa 纵向 屈强比 1 303 450 0.62 29 445 0。65 33

6、8 430 0.75 32 425。59 3 30 41 0.79 285 1 0.5 4 290 43 0。2 275 98.69 5 26 39 0671 273 40 0。681 由表 2 可见，一定量的稀土加入可使钢的纵横向屈强比略有提高，加入过多的稀土含量则屈强比又下降，随着稀土含量的增加,钢的纵向屈服点和抗拉强度都呈下降趋势2，当稀土含量达到一定程度后，钢3/8 的强度均匀性则得以改善，这是因为稀土对钢的强度的影响是复杂的,一方面，稀土净化钢液，与、P 交互作用，减少珠光体数量等使用，会导致强度的降低,另一方面，稀土在钢中固溶,减少珠光体片层间距，稀土细化晶粒及促进碳氮化物沉淀相析

7、出等作用，有利于强度的提高3。3。1。2 稀土对钢的延伸率、断面收缩率及冷弯的影响 表 3 为试验钢的横向与纵向延伸率及横向断面收缩率的结果，由表可以看出，稀土元素的加入可以改善钢的横向延伸率4,其对纵向延伸率及断面收缩率的影响不显著，而80 da 宽冷弯结果表明,纵向冷弯试验基本完好,而横向冷弯则出现了分层、裂纹等，这可能与加入过量稀土而形成链串状稀土氧化物夹杂有关。3.3 稀土对钢的冲击功的影响 图 1图 3 分别为-40、60、7时不同稀土加入量引起的试验钢低温横向冲击功平均值的变化，图 4图 6 则分别为其对应的纵向冲击功平均值的变化,由图可见，随着稀土含量的增加，横向冲击功的数值先是

8、迅速增加而后则缓慢下降，在稀土含量为 0015%0。035时会出现一峰值,其变化呈现出抛物线形态的变化规律，这说明一定量的稀土加入量可以提高钢的冲击韧性值；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01%时纵向冲击功则呈现出对温度的不敏感趋势，降低了脆性转变温度，这也进一步说明稀土对冲击韧性，尤其是低温冲击韧性有显著的改善。表 3 各组试验钢的横向与纵向延伸率及横向断面收缩率 编号 横向延 伸率/横向断面收缩率/横向冷弯试验 180d=纵向延 伸率/纵向冷弯试验 180=a 1-1 0 0 完好 38 完好 1 32 71 完好 35 完好 21 42 67 完好 4 完好 2 32

9、 3 裂纹 2 完好 31 3 56 完好 36 完好 3-2 40 7 完好 38 完好-6 70 完好 36 完好 4-2 35 78 微裂纹 3 表皮撕开 51 32 7 完好 6 完好 5-2 35 77 裂纹 35 完好.2 稀土对钢的各向异性的影响 试验钢的屈服点、抗拉强度及冲击功的各向异性见表所示,从中可见,稀土的加入明显地改善钢冲击功的各向异性;因为稀土元素的加入可以在钢中形成球状稀土硫化物夹杂，从而降低了夹杂物对钢的异向性，达到改善钢的各向异性的目的4。4/8 表 4 各组试验成分的各向异性（横向/纵向）编号 屈服点比 抗拉强度 比 20冲击功比 冲击 功比-20 冲击功比-

10、40 冲击功比 60 冲击 功比 78冲击功比 1 1.0342 1。011.622 0.659 0。445 049 1。136.3 2 1.4 11 0.79。997。1。015 0.72 0.164 3 1。0614 112 0.864 0861 088 0941 3 0。594 .055 1.13 0.6 0.75。887 1023。46 0.474 5.92 0.988 0。26 0737 0.5。708 042 063 图 1 40时稀土与横向冲击功 A的关系 5/8 图 2 60时稀土与横向冲击功 A的关系 图 3-78时稀土与横向冲击功 Ak 的关系 图 4 0时稀土与纵向冲击功

11、 Ak 的关系 图 5-6时稀土与纵向冲击功 Ak 的关系 6/8 图 6 78时稀土与纵向冲击功k 的关系 3.稀土对钢的组织及夹杂的影响 稀土的加入引起钢的组织及夹杂的变化如表 5 及照片 12 所示，从表及照片中可以看出加入稀土金属后，钢的组织并没有发生多大的变化,其组织全部为铁素体珠光体,但随钢中稀土含量增加,铁素体数量增多,珠光体数量减少,晶粒度级别略有提高，即钢中的晶粒变得更细,这与有关文献报道相吻合5.究其原因是由于稀土降低了碳在铁素体中的活度，增大了铁素体的溶碳能力,从而对组织中珠光体含量产生了减少影响6.稀土细化晶粒的实质，在于稀土为表面活性物质,固溶稀土主要分布在晶界,降低

12、了奥氏体晶界的界面张力和晶界能，使晶粒长大的驱动力减小，把晶粒长大移到了更高的温度范围，从而达到了细化晶粒的目的.值得注意的是由表 5 可见，在含碳量较低的低硫钢中，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;因此根据本次试验钢的数据来看,稀土的加入量宜暂限制在。0以下，具体情况还得作进一步探讨与研究.表 试验钢中组织、夹杂及晶粒度评级 编号 夹杂物级别 组织 晶粒度 类细系 1。5 级 铁素体+珠光体 混晶表层，次表层1 级,心部 10 级 2 类细系 2 级 铁素体+珠光体 95 级 3 B 类细系。5 级 铁素体+珠光体 15 级 B 类细系 45 级 铁素体+珠光体 1级

13、 5 B 类细系 4 级 铁素体+珠光体 10 级 7/8 图 号成分试样的组织及晶粒度 100（未加稀土）图 8 号成分试样的组织及晶粒度 10(加入稀土0。0105）4 结论 (1)稀土可提高钢的纵横向屈强比，但加入过多的稀土含量则屈强比又下降工,随着稀土含量的增加,钢的纵向屈服点和抗拉强度都呈下降趋势，当稀土含量达到一定程度后,钢的强度均匀性则得以改善。(2）稀土可改善钢的横向延伸率,而对纵向延伸率及断面收缩率的影响不显著.）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。50.03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。15%时纵向冲

14、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.06%以下,具体情况还须作进一步的试验与研究。联系人：朱兴元，博士生，武汉市（40080）武汉钢铁集团公司技术8/8 中心 作者单位:朱兴元 陈邦文 曾 静 武钢技术中心 朱天佑 林 勤 北京科技大学 参考文献 1 林勤.稀土在钢中的作用规律与机理.北京科技大学报，191，0 2 谢长生、崔.稀土元素在奥氏体热作工具钢中的作用。稀土,1988，(6）3 林勤、叶文等。超低硫微合金钢中稀土作用的研究。第五届全国稀土在钢中应用学术讨论会论文集,195，（0)4 余宗森。稀土在钢铁中的应用.北京:冶金工业出版社,1987 5 刘宗昌、李承基稀土对低碳硅锰钢组织转变的影响.兵器材料科学与工程,1990，()金泽洪、陈方明等.钢中稀土的净化变质作用及对钢组织性能的影响。第四届全国稀土在钢中应用学术讨论会论文集，1992