稀土對低硫鋼性能和組織的影響

1、Evaluation Warning: The document was created with Spire.Doc for .NET.稀土對低硫硫鋼性能能和組織織的影響響朱興元陳陳邦文曾靜靜朱天天佑林林勤摘要要研究究了稀土土對低硫硫(S0.0005%)鋼性性能和組組織的影影響，研研究結(jié)果果表明，稀稀土元素素的加入入可大大大改善鋼鋼的沖擊擊韌性，而而不影響響鋼的組組織類型型，但可可使鋼中中鐵素體體數(shù)量增增加，珠珠光體數(shù)數(shù)量減少少，晶粒粒度級別別略有提提高。關(guān)鍵鍵詞稀稀土低低硫鋼性能Behavviouur oof RRaree Eaarchh inn Loow-SSulpphurr Sttee

2、llZhu 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 stee

3、el.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 s

4、sligghtlly tthe graain sizze lleveel.KKeywworddsrarre eeartthloww-suulphhur steeelprooperrty1前言稀土在在冶金工工業(yè)中尤尤其是鋼鋼中的應(yīng)應(yīng)用是一一個(gè)古老老而新興興的課題題，稀土土在鋼中中的作用用主要表表現(xiàn)在三三個(gè)方面面1，即凈凈化鋼液液：脫氧氧、脫硫硫、減少少鋼中夾夾雜物和和降低磷磷、硫、砷砷、銻、鉍鉍、鉛、錫錫等元素素的有害害作用。變變質(zhì)夾雜雜。改變變夾雜物物的組成成形態(tài)和和性質(zhì)：微合金金化：稀稀土與碳碳、氮、氫氫及其他他合金元元素的交交互作用用，稀土土在鋼中中的固溶溶和對凝凝固、晶晶界、相相變、組組

5、織等的的影響，當(dāng)當(dāng)鋼中S在在0.0015%左右時(shí)時(shí)，主要要表現(xiàn)為為稀土和和硫的作作用，在在這種情情況下用用鋼中的的RE/S作為為主要控控制參數(shù)數(shù)，近年年來，隨隨著冶煉煉技術(shù)水水平的提提高，鋼鋼中OO、S等等含量不不斷下降降，使得得低硫鋼鋼的產(chǎn)量量不斷增增加，因因此本研研究主要要開展稀稀土對低低硫鋼作作用的研研究，探探尋稀土土在低硫硫鋼中的的作用規(guī)規(guī)律，探探討不同同稀土含含量對低低硫鋼的的組織、性性能的影影響。2試驗(yàn)條條件和試試驗(yàn)方案案試驗(yàn)鋼鋼在500kg真真空感應(yīng)應(yīng)爐中冶冶煉，稀稀土為含含鈰量大大于999%的純純鈰金屬屬，稀土土在冶煉煉終點(diǎn)和和出鋼前前加入，試試驗(yàn)鋼的的基本成成分設(shè)計(jì)計(jì)參照工工

6、業(yè)管線線用鋼，其其化學(xué)成成分的平平均值見見表1。表1稀土土微合金金鋼化學(xué)學(xué)成分(w)/%編號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試驗(yàn)鋼鋼先采用用鋁線進(jìn)進(jìn)行脫氧氧處理后后使用氬氬氣保護(hù)護(hù)注錠，鋼鋼錠為550kgg的圓錠錠，鋼錠錠在12200加熱保保溫2hh，在

7、小小軋機(jī)上上進(jìn)行兩兩階段控控軋，開開軋溫度度11550，再再結(jié)區(qū)軋軋制溫度度為1000011150，非再再結(jié)晶區(qū)區(qū)軋制溫溫度為88009550之之間進(jìn)行行。 3試驗(yàn)結(jié)結(jié)果及討討論3.1稀稀土對鋼鋼的力學(xué)學(xué)性能的的影響33.1.1稀稀土對鋼鋼的屈服服點(diǎn)、抗抗拉強(qiáng)度度的影響響試試驗(yàn)鋼的的橫向、縱縱向屈服服點(diǎn)及抗抗拉強(qiáng)度度平均值值見表22所示。表2稀土土微合金金鋼的屈屈服點(diǎn)及及抗拉強(qiáng)強(qiáng)度編號橫向屈服點(diǎn)點(diǎn)/MPPa橫向抗拉強(qiáng)強(qiáng)度/MMPa橫向屈強(qiáng)比比縱向屈服點(diǎn)點(diǎn)/MPPa縱向抗拉強(qiáng)強(qiáng)度/MMPa縱向屈強(qiáng)比比13034500.67222934450.657723384300.78553234250.75

8、9933034150.72992854100.695542904030.72002753980.692252653950.67112734000.6811由表22可見，一一定量的的稀土加加入可使使鋼的縱縱橫向屈屈強(qiáng)比略略有提高高，加入入過多的的稀土含含量則屈屈強(qiáng)比又又下降，隨隨著稀土土含量的的增加，鋼鋼的縱向向屈服點(diǎn)點(diǎn)和抗拉拉強(qiáng)度都都呈下降降趨勢2，當(dāng)當(dāng)稀土含含量達(dá)到到一定程程度后，鋼鋼的強(qiáng)度度均勻性性則得以以改善，這這是因?yàn)闉橄⊥翆︿摰膹?qiáng)強(qiáng)度的影影響是復(fù)復(fù)雜的，一一方面，稀稀土凈化化鋼液，與與N、PP交互作作用，減減少珠光光體數(shù)量量等使用用，會導(dǎo)導(dǎo)致強(qiáng)度度的降低低，另一一方面，稀稀土在鋼鋼

9、中固溶溶，減少少珠光體體片層間間距，稀稀土細(xì)化化晶粒及及促進(jìn)碳碳氮化物物沉淀相相析出等等作用，有有利于強(qiáng)強(qiáng)度的提提高33。3.11.2稀土對對鋼的延延伸率、斷斷面收縮縮率及冷冷彎的影影響表3為為試驗(yàn)鋼鋼的橫向向與縱向向延伸率率及橫向向斷面收收縮率的的結(jié)果,由表可可以看出出,稀土土元素的的加入可可以改善善鋼的橫橫向延伸伸率44,其其對縱向向延伸率率及斷面面收縮率率的影響響不顯著著,而1180 d=a寬冷冷彎結(jié)果果表明,縱向冷冷彎試驗(yàn)驗(yàn)基本完完好,而而橫向冷冷彎則出出現(xiàn)了分分層、裂裂紋等,這可能能與加入入過量稀稀土而形形成鏈串串狀稀土土氧化物物夾雜有有關(guān)。33.1.3稀稀土對鋼鋼的沖擊擊功的影影響

10、圖1圖3分分別為-40、-660、-78時(shí)不同同稀土加加入量引引起的試試驗(yàn)鋼低低溫橫向向沖擊功功平均值值的變化化, 圖圖4圖圖6則分分別為其其對應(yīng)的的縱向沖沖擊功平平均值的的變化,由圖可可見,隨隨著稀土土含量的的增加,橫向沖沖擊功的的數(shù)值先先是迅速速增加而而后則緩緩慢下降降,在稀稀土含量量為0.0155%00.0335%時(shí)時(shí)會出現(xiàn)現(xiàn)一峰值值,其變變化呈現(xiàn)現(xiàn)出拋物物線形態(tài)態(tài)的變化化規(guī)律,這說明明一定量量的稀土土加入量量可以提提高鋼的的沖擊韌韌性值;而縱向向沖擊功功則隨著著稀土含含量的增增加急劇劇增加,當(dāng)稀土土含量0.0015%時(shí)縱向向沖擊功功則呈現(xiàn)現(xiàn)出對溫溫度的不不敏感趨趨勢,降降低了脆脆性轉(zhuǎn)變

11、變溫度,這也進(jìn)進(jìn)一步說說明稀土土對沖擊擊韌性, 尤其其是低溫溫沖擊韌韌性有顯顯著的改改善。 表3各組組試驗(yàn)鋼鋼的橫向向與縱向向延伸率率及橫向向斷面收收縮率編號橫向延伸率率/%橫向斷面收收縮率/%橫向冷彎試試驗(yàn)1880dd=a縱向延伸率率/%縱向冷彎試試驗(yàn)1880dd=a1-13070完好38完好1-23271完好35完好2-14267完好34完好2-23273裂紋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微裂紋37表皮撕開5-13277完好36完好5-23577裂紋35完好3.2稀稀土對鋼鋼的各向向異性的的影響試驗(yàn)驗(yàn)鋼的屈屈服點(diǎn)、抗抗拉

12、強(qiáng)度度及沖擊擊功的各各向異性性見表44所示,從中可可見,稀稀土的加加入明顯顯地改善善鋼沖擊擊功的各各向異性性;因?yàn)闉橄⊥猎氐募蛹尤肟梢砸栽阡撝兄行纬汕蚯驙钕⊥镣亮蚧镂飱A雜,從而降降低了夾夾雜物對對鋼的異異向性,達(dá)到改改善鋼的的各向異異性的目目的44。 表4各組組試驗(yàn)成成分的各各向異性性(橫向向/縱向向)編號屈服點(diǎn)比抗拉強(qiáng)度比比20沖擊擊功比0沖擊功功比-20沖沖擊功比比-40沖沖擊功比比-60沖沖擊功比比-78沖沖擊功比比11.034421.01110.62220.65990.44550.491.13660.321.046651.01220.97990.99771.01661.01550

13、.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圖1-440時(shí)時(shí)稀土與與橫向沖沖擊功AAk的關(guān)關(guān)系圖2-660時(shí)時(shí)稀土與與橫向沖沖擊功AAk的關(guān)關(guān)系圖3-778時(shí)時(shí)稀土與與橫向沖沖擊功AAk的關(guān)關(guān)系圖4-440時(shí)時(shí)稀土與與縱向沖沖擊功AAk的關(guān)關(guān)系圖5-660時(shí)時(shí)稀土與與縱向沖沖擊功AAk的關(guān)關(guān)系圖6-778時(shí)時(shí)稀土與與縱向

14、沖沖擊功AAk的關(guān)關(guān)系3.3稀稀土對鋼鋼的組織織及夾雜雜的影響響稀稀土的加加入引起起鋼的組組織及夾夾雜的變變化如表表5及照照片12所示示,從表表及照片片中可以以看出加加入稀土土金屬后后,鋼的的組織并并沒有發(fā)發(fā)生多大大的變化化,其組組織全部部為鐵素素體+珠珠光體,但隨鋼鋼中稀土土含量增增加,鐵鐵素體數(shù)數(shù)量增多多,珠光光體數(shù)量量減少,晶粒度度級別略略有提高高,即鋼鋼中的晶晶粒變得得更細(xì),這與有有關(guān)文獻(xiàn)獻(xiàn)報(bào)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鐵素素體中的的活度,增大了了鐵素體體的溶碳碳能力,從而對對組織中中珠光體體含量產(chǎn)產(chǎn)生了減減少影響響6。稀土土細(xì)化晶晶粒的實(shí)實(shí)質(zhì),在在于稀土土為表

15、面面活性物物質(zhì),固固溶稀土土主要分分布在晶晶界,降降低了奧奧氏體晶晶界的界界面張力力和晶界界能,使使晶粒長長大的驅(qū)驅(qū)動力減減小,把把晶粒長長大移到到了更高高的溫度度范圍,從而達(dá)達(dá)到了細(xì)細(xì)化晶粒粒的目的的。值得得注意的的是由表表5可見見,在含含碳量較較低的低低硫鋼中中,隨著著稀土加加入量的的增加,鋼中夾夾雜物級級別提高高,鋼質(zhì)質(zhì)純凈度度下降;因此根根據(jù)本次次試驗(yàn)鋼鋼的數(shù)據(jù)據(jù)來看,稀土的的加入量量宜暫限限制在00.0116%以以下,具具體情況況還得作作進(jìn)一步步探討與與研究。表5試驗(yàn)驗(yàn)鋼中組組織、夾夾雜及晶晶粒度評評級編號夾雜物級別別組織晶粒度1D類細(xì)系11.5級級鐵素體+珠珠光體混晶表層,次表層層

16、11級級,心部部10級級2D類細(xì)系22級鐵素體+珠珠光體9.5級3B類細(xì)系22.5級級鐵素體+珠珠光體10.5級級4B類細(xì)系44.5級級鐵素體+珠珠光體12級5B類細(xì)系44級鐵素體+珠珠光體10級圖71號號成分試試樣的組組織及晶晶粒度1100(未加加稀土)圖82號號成分試試樣的組組織及晶晶粒度110(加入稀稀土00.01105%)4結(jié)論(1)稀土可可提高鋼鋼的縱橫橫向屈強(qiáng)強(qiáng)比,但但加入過過多的稀稀土含量量則屈強(qiáng)強(qiáng)比又下下降工,隨著稀稀土含量量的增加加,鋼的的縱向屈屈服點(diǎn)和和抗拉強(qiáng)強(qiáng)度都呈呈下降趨趨勢,當(dāng)當(dāng)稀土含含量達(dá)到到一定程程度后,鋼的強(qiáng)強(qiáng)度均勻勻性則得得以改善善。(2)稀土可可改善鋼鋼的橫

17、向向延伸率率,而對對縱向延延伸率及及斷面收收縮率的的影響不不顯著。(3)稀土使橫向沖擊功的數(shù)值先是迅速增加而后則緩慢下降,在稀土含量為0.015%0.035%時(shí)會出現(xiàn)一峰值,而縱向沖擊功則隨著稀土含量的增加急劇增加,當(dāng)稀土含量0.015%時(shí)縱向沖擊功呈現(xiàn)出對溫度的不敏感趨勢,一定的稀土加入量可以提高鋼的沖擊韌性值,尤其是低溫沖擊韌性。(4)稀土可改善鋼沖擊功的各向異性。(5)加入稀土金屬后,鋼的組織并沒有發(fā)生顯著變化,但鐵素體數(shù)量增多,珠光體數(shù)量減少,晶粒度級別略有提高,但隨著稀土加入量的增加,鋼中夾雜物級別提高,鋼質(zhì)純凈度下降。因此,在低碳低硫鋼中,稀土的加入量宜暫限制在0.016%以下,具體情況還須作進(jìn)一步的試驗(yàn)與研究。聯(lián)系人：朱朱興元，博博士生，武武漢市(43000800)武漢漢鋼鐵集集團(tuán)公司司技術(shù)中中心作者者單位:朱興元元陳邦邦文曾曾靜武鋼技技術(shù)中心心朱朱天佑林勤勤北京京科技大大學(xué)參考文獻(xiàn)1林勤.稀土在在鋼中的的作用規(guī)規(guī)律與機(jī)機(jī)理.北北京科技技大學(xué)報(bào)報(bào),19991,1022謝長長生、崔崔.稀