外文翻譯--稀土元素在低硫鈮鈦軸承鋼中的作用

1、.英文原文稀土元素在低硫鈮鈦軸承鋼中的作用朱興元1 3, 曾靜1 , 劉繼雄1 , 林勤2 , 高平祥3 , 王躍華3(1.武鋼技術(shù)中心, 湖北武漢430080 ; 2. 北京科技大學(xué)理化系, 北京100083 ; 3. 武鋼鐵路工程器材廠,湖北武漢430083)摘要：對(duì)在低硫鈮鈦軸承鋼中加入稀土元素后，鋼的顯微組織，力學(xué)性能和夾雜物的變化進(jìn)行了研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨著稀土元素的增加，鋼的橫向屈服點(diǎn)，橫向拉伸強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率先降低然后增加，橫向沖擊功的變化則表現(xiàn)為先增加后降低。當(dāng)溫度在- 20 以上時(shí)，適量的稀土元素可以改善鋼的沖擊韌性的各向異性，但是稀土元素的加入不會(huì)改變鋼的微觀結(jié)構(gòu)，它仍然是由

2、鐵素體和珠光體組成，只是珠光體的數(shù)量會(huì)增加。對(duì)于鋼中夾雜物,一方面，稀土元素的加入凈化了鋼液和減少了夾雜物數(shù)量;另一方面，稀土元素會(huì)使夾雜物球化、細(xì)化和分散化，改善鋼中夾雜物的分布情況。關(guān)鍵詞：金屬材料，鈮鈦軸承鋼，性能，微觀結(jié)構(gòu)，夾雜物，稀土元素。稀土元素在鋼中的應(yīng)用正在迅速發(fā)展，我國(guó)稀土鋼的產(chǎn)量已超過(guò)600000噸。稀土元素在鋼的作用包括三個(gè)方面。首先，使鋼液純凈。它起著還原、脫硫和減少夾雜物數(shù)量的作用。它減少了有害的元素如磷、硫、砷、銻、鉍、鉛、錫等對(duì)鋼液的影響。其次，它使夾雜物球化，改變了夾雜物的形態(tài)和性質(zhì)。第三，微合金化效應(yīng)。它包括碳，氮，氫和其他合金元素的相互作用，對(duì)鋼中固溶體的凝

3、固、晶界、相變和顯微結(jié)構(gòu)等的影響。當(dāng) S = 0.015左右時(shí)，稀土元素的主要作用是調(diào)節(jié)鋼中的含硫量，用RE和S 之間的比率作為主要的控制參數(shù)。隨著煉鋼工藝的發(fā)展，鋼中氧和硫的含量不斷下降，因此，微量稀土元素在鋼中變得越來(lái)越重要。近年來(lái)，對(duì)稀土和微合金化元素鈮、釩、鈦等在鋼中的作用做了許多研究。然而，鋼液中同時(shí)加入鈮和鈦，并研究其和稀土微合金元素之間的相互作用較少，特別是在含硫量低的鋼水中還沒(méi)有受到研究。為充分利用我國(guó)資源，以發(fā)展微稀土鋼，研究稀土元素與微合金元素鈮、鈦之間的相互作用機(jī)理是非常必要的。本文主要研究在低硫鈮鈦軸承鋼加入稀土元素,稀土元素與鈮、鈦的相互作用，找出稀土元素對(duì)其鑄態(tài)組織

4、、顯微組織和力學(xué)性能的影響以及稀土元素對(duì)鋼中夾雜物的影響。1 實(shí)驗(yàn)材料與實(shí)驗(yàn)過(guò)程1.1 試驗(yàn)材料的精煉試驗(yàn)鋼用一個(gè)50 kg真空感應(yīng)爐冶煉，精煉原料是含低硫量的工業(yè)純鐵，其化學(xué)成分（，質(zhì)量分?jǐn)?shù)）為：C < 0.03 , Si 0.19 , Mn 0.24 , P 0.018 , S < 0. 005。稀土選定為純金屬鈰（鈰含量超過(guò)99）。在精煉終點(diǎn)，鋼液采用鋁脫氧后和出鋼前加入稀土元素。每一個(gè)實(shí)驗(yàn)爐次澆鑄一個(gè)50公斤鋼錠，為確保準(zhǔn)確性，對(duì)取自鋼錠不同部位的兩個(gè)樣品分別進(jìn)行化學(xué)成分分析。分析結(jié)果見(jiàn)表1所示。表1 試驗(yàn)鋼化學(xué)成分（，質(zhì)量分?jǐn)?shù)）樣號(hào) C Si Mn P Ti Nb S A

5、l N O RE1 0.050 0.15 1.17 0.016 0.013 0.04 0.006 0.019 0.0039 0.0046 02 0.050 0.19 1.20 0.016 0.011 0.04 0.003 0.024 0.0039 0.0093 0.0243 0.052 0.18 1.20 0.016 0.011 0.04 0.004 0.034 0.0045 0.0032 0.0514 0.058 0.15 1.18 0.016 0.016 0.04 0.005 0.031 0.0042 0.0079 0.065 5 0.049 0.17 1.19 0.016 0.013 0

6、.05 0.004 0.072 0.0041 0.0075 0.1441.2 試驗(yàn)鋼的分析方法用WE-60拉伸試驗(yàn)機(jī)測(cè)定試驗(yàn)鋼的力學(xué)性能，測(cè)試樣本的尺寸大小是8mm× 40mm× 210mm; 用JB-30B 型沖擊試驗(yàn)機(jī)測(cè)定試驗(yàn)鋼從- 7820 的系列溫度沖擊性能, 測(cè)試樣本是夏氏V 型缺口，尺寸為5 mm ×10 mm ×55 mm ；用MM6或OLYMPUS2PME3光學(xué)金相顯微鏡，觀察試驗(yàn)鋼不同狀態(tài)下的組織結(jié)構(gòu)特征，金相樣品用機(jī)械拋光，硝酸酒精蝕刻；用IBAS22000圖像分析系統(tǒng)進(jìn)行了定量金相分析，以測(cè)定主要夾雜物的形貌、大小、尺寸、面積及珠光

7、體的面積、尺寸大小等。1. 3 試驗(yàn)鋼的軋制一個(gè)50 kg 圓形鋼錠，在1200 加熱爐中保溫2 h。在一個(gè)小型軋機(jī)進(jìn)行了兩階段控制軋制，開(kāi)始軋制的溫度約1150 ;再結(jié)晶區(qū)域的軋制溫度為1000 1150 ，和非再結(jié)晶區(qū)域內(nèi)軋制溫度是800 950 。兩階段控制軋制，重復(fù)變形首次作用于試驗(yàn)鋼的再結(jié)晶溫度區(qū)，借助微合金元素鈮、鈦及其沉淀物相對(duì)再結(jié)晶的抑制作用，生產(chǎn)精細(xì)結(jié)晶的晶粒；然后，溫度至 相變溫度之前的未再結(jié)晶區(qū)域，對(duì)細(xì)粒奧氏體經(jīng)過(guò)多道次的變形積累；因而, 給鐵素體在相變時(shí)的大量生核創(chuàng)造了有利條件, 可以得到細(xì)晶粒的鐵素體，改善測(cè)試鋼的強(qiáng)度和延展性。2 結(jié)果與分析2.1 稀土元素對(duì)低硫鈮鈦

8、軸承鋼的力學(xué)性能的影響2.1.1 稀土元素對(duì)低硫鈮鈦軸承鋼屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度的影響 圖1和2說(shuō)明了稀土元素的含量和低硫鈮鈦軸承鋼的橫向屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度之間的關(guān)系；可以看出，隨著稀土元素含量的增加，測(cè)試鋼的橫向屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度首先降低，然后明顯上升。稀土元素對(duì)鋼的強(qiáng)度的影響有兩個(gè)方面；一方面，稀土元素凈化鋼水，它與氮或磷相互作用，減少了珠光體的數(shù)量，會(huì)導(dǎo)致鋼的強(qiáng)度降低。另一方面，稀土元素在鋼液中固溶，從而降低了珠光體片層的厚度，細(xì)化晶粒及加速碳氮沉淀,這增加了鋼的強(qiáng)度。2.1.2 稀土元素對(duì)低硫鈮鈦軸承鋼的橫向伸長(zhǎng)率的影響 圖3說(shuō)明了在低硫鈮鈦軸承鋼中，稀土元素含量和平均橫向延伸率關(guān)系,由圖

9、可以看出,隨著稀土元素的加入,鋼的橫向延伸率先下降而后上升。2.1.3 稀土元素對(duì)低硫鈮鈦軸承鋼的沖擊功的影響 表2顯示的是在不同溫度下各種稀土含量的鋼的橫向沖擊功平均值，圖4所示為對(duì)應(yīng)的在- 20 時(shí)鋼的橫向沖擊功的曲線?？梢钥闯?，隨著稀土元素含量的增加，測(cè)試鋼的橫向沖擊功首先增加，然后明顯下降；當(dāng)稀土元素含量達(dá)到0.03時(shí)，橫向沖擊功的值達(dá)到最大，然后它逐漸減小。這是因?yàn)椋⊥猎氐募尤氚褞畹腗nS夾雜物變成了球形高硬度的硫氧化物。在軋制過(guò)程中，這些硫氧化物沿軋制方向是難以變形，難以伸長(zhǎng)的。球形夾雜物可以大大釋放應(yīng)力集中，從而使鋼不易發(fā)生橫向斷裂并增加了沖擊功的數(shù)值，但是過(guò)量的稀土元素會(huì)

10、使鋼的沖擊功數(shù)值減少，這是由于當(dāng)過(guò)量的稀土元素加入后，鈰可與鐵形成金屬間化合物，這種金屬間化合物是又硬又脆，尺寸大，結(jié)構(gòu)上也與基體金屬不同，從而使鋼的性能惡化。表2 低硫鈮鈦鋼橫向沖擊性能樣號(hào)溫度 橫向沖擊功 溫度 橫向沖擊功 溫度 橫向沖擊功 / 平均值/J / 平均值/J / 平均值/J 1 20 135 0 143 -20 141 2 20 178 0 214 -20 1933 20 149 0 173 -20 1714 20 140 0 131 -20 1515 20 86 0 80 -20 541 -40 153 -60 128 -78 1092 -40 188 -60 172 -7

11、8 1073 -40 126 -60 108 -78 904 -40 125 -60 95 -78 815 -40 51 -60 11 -78 72.1.4 稀土元素對(duì)低硫鈮鈦軸承鋼的各向異性的影響 表3顯示了低硫鈮鈦軸承鋼的屈服強(qiáng)度，拉伸強(qiáng)度和沖擊功的各向異性。它表明，溫度在- 20 以上時(shí)，適量的稀土元素可以改善鋼的沖擊功的各向異性，這是因?yàn)橄⊥猎匦纬傻那蛐瘟蜓趸飱A雜可降低鋼中夾雜物的各向異性，但過(guò)量的稀土元素會(huì)使鋼的沖擊功的各向異性變差。在溫度低于- 20 時(shí)，稀土元素不能改善沖擊功的各向異性，稀土元素的加入對(duì)屈服點(diǎn)、抗拉強(qiáng)度的各向異性的影響也并不顯著。 表3 低硫鈮鈦鋼的各向異性（

12、橫向/縱向）樣號(hào)屈服 抗拉強(qiáng)度比 強(qiáng)度比沖擊功20 0 -20 -40 -60 -781 0.956 12 1.041 1.0113 1.090 1.0394 1.074 1.0555 0.994 0.9950.557 0.554 0.525 0.749 0.584 0.4170.722 0.799 0.713 1.13 0.657 0.4120.596 0.655 0.651 0.48 0.448 0.40.634 0.572 0.582 0.54 0.482 0.4140.62 0.53 0.376 0.367 0.093 0.0932.2稀土元素對(duì)低硫鈮鈦軸承鋼的顯微組織的影響 表4的是

13、稀土元素的加入引起鋼的微觀組織結(jié)構(gòu)的變化。圖5和6顯示的分別為樣本1號(hào)和2號(hào)的顯微組織?？梢钥闯?，加入了稀土元素后，雖然該組織仍是由鐵素體和珠光體組成，但是微觀組織更加精細(xì)，珠光體的數(shù)量也增加了。造成珠光體的數(shù)量增加的因素是，稀土元素可以細(xì)化奧氏體晶粒，增加了晶界的總面積，從而增加了珠光體形核的位置，增加了珠光體的數(shù)量。圖5 1 號(hào)樣本的顯微組織 圖6 2 號(hào)樣本的顯微組織2.3在低硫鈮鈦軸承鋼中，稀土元素對(duì)夾雜物的影響圖7和圖8表明了稀土元素對(duì)低硫鈮鈦軸承鋼中的夾雜物的影響。通過(guò)圖7和圖8可以看出，稀土元素的增加，夾雜物的線性直徑平均值和面積平均值均減小。夾雜物的最大直徑平均值和最小直徑平均

14、值也有相似的規(guī)律。一方面，這說(shuō)明稀土元素的加入表現(xiàn)為凈化鋼液，使鋼中夾雜物數(shù)量減少；另一方面，稀土元素使鋼中夾雜物的顆粒球化、細(xì)化和分散化，改善鋼中夾雜物的分布情況。圖7稀土對(duì)鋼中夾雜物線性直徑平均值的影響圖8稀土對(duì)鋼中夾雜物面積平均值的影響3 結(jié)論1. 隨著稀土元素含量的增加，低硫鈮鈦軸承鋼的橫向屈服點(diǎn)、橫向抗拉強(qiáng)度和橫向延伸率，均是先下降然后上升。 2. 在不同溫度下，隨著稀土元素含量的增加均有橫向沖擊功先上升然后下降。隨著稀土元素的含量增加到約為0.03 時(shí)，橫向沖擊功的數(shù)值達(dá)到最大值，然后逐漸減小。3.溫度在- 20 以上時(shí)，適量稀土元素的添加可以顯著的改善鋼的沖擊功的各向異性。而在溫

15、度低于- 20 時(shí)，稀土元素的添加對(duì)沖擊功、橫向屈服點(diǎn)、橫向抗拉強(qiáng)度的各向異性無(wú)明顯影響。4.含有適量的稀土元素可以細(xì)化晶粒，增加珠光體的數(shù)量。5.稀土元素對(duì)鋼中夾雜物的影響。一方面，稀土元素凈化了鋼液，減少了鋼中的夾雜物數(shù)量；另一方面，稀土元素使鋼中夾雜物的顆粒球化、細(xì)化和分散化，改善鋼中夾雜物的分布情況。 參考文獻(xiàn):1 張華鋒，田森.稀土、釩、鈮、鈦 對(duì) T11鋼淬火亞結(jié)構(gòu)的影響J.兵器材料科學(xué)與工程, 1987.2 Jonas JJ. Static recrystallization of austenite between interval of hot working J. Iron

16、 Steel Inst, 1972,210(1):256.3 雍歧龍，鄭魯，孫珍寶.微合金鋼中碳化鈮在鐵素體中的沉淀J.鋼鐵研究總院學(xué)報(bào),1983,(3):331.4 葉文, 林勤, 郭世寶等.稀土對(duì)14MnNb 鋼的微合金化作用J.北京科技大學(xué)學(xué)報(bào),1995,17(2):159.5 葉文, 郭世寶, 程廷銑等.稀土對(duì)碳化鈮溶解和析出行為的影響J.中國(guó)稀土學(xué)報(bào),1994,12(4):340.6 葉文, 郭世寶, 程廷銑等.稀土對(duì)含鈮鋼再結(jié)晶動(dòng)力學(xué)的影響J.中國(guó)稀土學(xué)報(bào),1995,13(1):45.7 王福明, 李景慧, 韓其勇.鈰對(duì)粒狀貝氏體鋼組織與性能的影響J.中國(guó)稀土學(xué)報(bào),1994,12(4):332.8 Lin Qin , Yao Tingjie , Liu Aisheng , et al.Study on Application of Rare Earths in Oil Pipe Steel A . 94 Baotou Intern