稀土對(duì)含鈮鋼組織和性能的影響

1、.：.；稀土對(duì)含鈮鋼組織和性能的影響朱興元陳邦文姜鳳琴曾靜朱天佑林勤摘要：研討了稀土對(duì)含鈮鋼組織和性能的影響,研討結(jié)果闡明,稀土元素的參與使鋼的縱橫向強(qiáng)度先下降而后上升,鋼的延伸率和沖擊功那么先上升而后下降,其對(duì)改善鋼的強(qiáng)度和-20以下沖擊功的各向異性不明顯,而且對(duì)細(xì)化晶粒度和夾雜物級(jí)別影響不顯著,但稀土元素的參與使鈮的析出量略有添加。關(guān)鍵詞：稀土含鈮鋼性能ROLE OF RARE EARTH IN Nb-BEARING STEELZhu XingyunWuhan Iron & Steel Corp.Cheng BangwenWuhan Iron & Steel Corp.Jiang Feng

2、qinWuhan Iron & Steel Corp.Zeng JingWuhan Iron & Steel Corp.Zhu TianyouUniversity of Science & Technology BeijingLin qinUniversity of Science & Technology BeijingAbstract：Effects of rare earth on the micro structure and properties of Nb-bearing steel have been investigated. Results prove that additi

3、on of rare earth elements into the steel causes the transversal and longitudinal strength of the strength decline initially and rise afterward, and the elongation and impact energy of the steel change in the reversal direction. As the results addition of rare earth in the steel could hardly improve

4、the strength, anistropism and impact toughness below -20 and its effects on the grain refining and inclusion size improvement are also negligible, however it could probably offer a slight increase in Nb precipitation.Keywords：rare earthNb bearing steelproperty1前言近幾十年來(lái),隨著微合金化元素Nb、V、Ti在鋼中的廣泛運(yùn)用,使得微合金化鋼

5、得到了迅速開(kāi)展,而微合金化元素Nb、V、Ti主要是利用其碳氮化物應(yīng)變誘導(dǎo)析出與高溫形變?cè)俳Y(jié)晶的交互作用產(chǎn)生晶粒細(xì)化以及沉淀強(qiáng)化的效果來(lái)提高資料的強(qiáng)度和韌性,但鋼中其它元素的存在會(huì)對(duì)碳氮化物的沉淀析出反響產(chǎn)生影響,因此在含鈮鋼中稀土元素的參與同樣會(huì)影響到其強(qiáng)化效果,研討闡明1,稀土在奧氏體相溫度范圍可以阻止鈮沉淀相的析出過(guò)程,并且有跡象顯示:在奧氏體相區(qū)及鐵素體相區(qū),稀土對(duì)含鈮沉淀相析出的作用規(guī)律能夠不同,因此本研討主要開(kāi)展稀土對(duì)含鈮鋼作用的研討,探尋稀土在含鈮鋼中的作用規(guī)律,討論不同稀土含量對(duì)含鈮鋼的組織、性能以及沉淀相析出規(guī)律的影響。2實(shí)驗(yàn)條件和實(shí)驗(yàn)方案實(shí)驗(yàn)鋼在50 kg真空感應(yīng)爐中冶煉,稀

6、土為含鈰量大于99 %的純鈰金屬,稀土在冶煉終點(diǎn)和出鋼前參與,實(shí)驗(yàn)鋼的化學(xué)成分見(jiàn)表1。表1稀土微合金鋼化學(xué)成分(w)%編號(hào)SiMnPNbCSRE10.211.200.0160.0390.0670.0045020.191.200.0150.0380.0680.00390.032530.171.190.0150.0410.0520.00300.049540.181.180.0160.0340.0530.00270.092050.181.160.0160.0410.0500.00440.1540實(shí)驗(yàn)鋼先采用鋁線(xiàn)進(jìn)展脫氧處置后運(yùn)用氬氣維護(hù)注錠,鋼錠為50 kg的圓錠,鋼錠在1 200 加熱保溫2 h,

7、在小軋機(jī)上進(jìn)展兩階段控軋,開(kāi)軋溫度1 150 ,再結(jié)區(qū)軋制溫度為1 0001 150 ,非再結(jié)晶區(qū)軋制溫度為800950 之間進(jìn)展,詳細(xì)軋制工藝參數(shù)見(jiàn)表2所示。 表2軋制工藝參數(shù)項(xiàng)目初軋精軋道次1234567溫度/1000100010001000100010001000出口厚度/mm12090604022128壓下量/mm3030302018104變形量/%202533.333.34545.433.33實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析3.1稀土對(duì)鋼的力學(xué)性能的影響3.1.1稀土對(duì)鋼的屈服點(diǎn)、抗拉強(qiáng)度的影響實(shí)驗(yàn)鋼的橫向、縱向屈服點(diǎn)及抗拉強(qiáng)度平均值見(jiàn)表3所示,由表可見(jiàn),稀土的參與,首先使含鈮鋼的縱橫向性能下降,在稀

8、土含量為0.05 %左右時(shí)最低,而后隨著稀土含量的添加,其縱橫向力學(xué)性能又提高,這與有關(guān)文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)所呈現(xiàn)的趨勢(shì)相吻合2。表3稀土微合金鋼的屈服點(diǎn)及抗拉強(qiáng)度編號(hào)橫向屈服點(diǎn)/MPa橫向抗拉強(qiáng)度/MPa橫向屈強(qiáng)比縱向屈服點(diǎn)/MPa縱向抗拉強(qiáng)度/MPa縱向屈強(qiáng)比14405300.8304305230.82324485250.8524184980.83934055130.7903684650.79044485200.8614204980.84454735530.8554485450.8123.1.2稀土對(duì)鋼的延伸率、斷面收縮率及冷彎的影響表4為各組實(shí)驗(yàn)鋼的橫向與縱向延伸率及橫向斷面收縮率結(jié)果,圖1、圖2、

9、圖3那么為其對(duì)應(yīng)的曲線(xiàn)圖,由圖表可見(jiàn),隨著稀土含量的添加,鋼的延伸率和斷面收縮率提高,當(dāng)RE含量到達(dá)0.06 %左右時(shí)有一峰值出現(xiàn),而后隨著稀土含量的添加,鋼的延伸率和斷面收縮率下降。 圖1稀土與橫向斷面收縮率的關(guān)系圖2稀土與橫向延伸率的關(guān)系圖3稀土與縱向延伸率的關(guān)系表4各組實(shí)驗(yàn)鋼的橫向與縱向延伸率及橫向斷面收縮率編號(hào)橫向延伸率/%橫向斷面收縮率/%橫向冷彎實(shí)驗(yàn)縱向延伸率/%縱向冷彎實(shí)驗(yàn)1-12447完好28完好1-22567完好25完好2-12566裂紋32完好2-22757裂痕28完好3-12664完好32完好3-22869完好36完好4-12870完好31完好4-22468完好31完好5

10、-11945裂紋26完好5-21565微裂紋29完好3.1.3稀土對(duì)鋼的沖擊功的影響不同稀土含量,不同溫度下實(shí)驗(yàn)鋼的橫向和縱向沖擊功平均值見(jiàn)表5及表6所示,圖4、圖5那么分別為其對(duì)應(yīng)-40 時(shí)的曲線(xiàn),由圖可見(jiàn),在含鈮鋼中,隨著稀土含量的添加,其不同溫度下沖擊功的數(shù)值均呈現(xiàn)先上升而后下降的規(guī)律,當(dāng)RE含量到達(dá)0.03 %左右時(shí),鋼的縱向沖擊功到達(dá)最大值,而后逐漸下降,當(dāng)RE含量到達(dá)0.05 %左右時(shí),橫向沖擊功數(shù)值最高,這是由于,稀土元素的參與把塑性的呈條帶狀的MnS夾雜物變成了高硬度難變形的球形或準(zhǔn)球形的稀土硫化物或稀土硫氧化物,在軋制時(shí)不會(huì)沿軋制方向伸長(zhǎng),而球形夾雜大大減輕了夾雜物引起的應(yīng)力

11、集中且不易發(fā)生橫向破斷,從而使沖擊功數(shù)值提高,隨著稀土的過(guò)量參與那么沖擊功數(shù)值下降,這是由于過(guò)量的稀土參與后,鈰與鐵能構(gòu)成金屬間化合物3,這種金屬間化合物又硬又脆,體積很大,構(gòu)造上也與基體金屬不同,使鋼的性能產(chǎn)生惡化。表5稀土微合金鋼橫向沖擊性能編號(hào)溫度/橫向沖擊平均值/J溫度/橫向沖擊平均值/J溫度/橫向沖擊平均值/J溫度/橫向沖擊平均值/J溫度/橫向沖擊平均值/J溫度/橫向沖擊平均值/J12092.67088.67-2060.67-4046.29-6036.06-784.94220100.67094.50-2075.00-4092.68-6037.20-787.46320143.67011

12、6.67-20119.00-4099.21-608.43-781.60420110.000111.00-2084.00-4073.00-6065.84-788.9952090.33071.00-2065.33-4027.00-6021.82-783.57表6稀土微合金鋼縱向沖擊性能編號(hào)溫度/縱向沖擊平均值/J溫度/縱向沖擊平均值/J溫度/縱向沖擊平均值/J溫度/縱向沖擊平均值/J溫度/縱向沖擊平均值/J溫度/縱向沖擊平均值/J120201.670212.33-20190.67-40185.67-6053.33-7813.33220243.330234.33-20217.33-40210.00-

13、60202.67-78109.67320203.670229.67-20198.67-40200.33-60173.67-788.67420110.000180.33-20185.00-40154.00-60125.00-7884.67520127.670.67-20124.33-40110.33-6094.00-7850.00圖4-40時(shí)稀土與橫向沖擊功的關(guān)系圖5-40時(shí)稀土與縱向沖擊功的關(guān)系3.2稀土對(duì)鋼的各向異性的影響實(shí)驗(yàn)鋼的屈服點(diǎn)、抗拉強(qiáng)度及沖擊功的各向異性見(jiàn)表7所示,由表可見(jiàn),在-20 以上,RE的參與可以改善其沖擊功的各向異性,對(duì)鋼的性能和-20 以下沖擊功的各向異性影響不顯著。表

14、7各組實(shí)驗(yàn)成分的各向異性(橫向/縱向)編號(hào)屈服點(diǎn)抗拉強(qiáng)度沖擊功200-20-40-60-7811.02331.0140.460.4180.3180.2490.6760.37121.07191.0550.4140.4030.3450.4410.1840.06831.1021.1020.7050.5080.5990.4950.0490.18541.06551.0450.6530.6140.4540.4740.5270.10651.05591.0140.7080.5080.5250.2450.2320.0713.3稀土對(duì)鋼的組織及夾雜的影響稀土的參與引起鋼的組織及夾雜的變化如表8所示,由表可以看出參

15、與稀土金屬后,鋼的組織類(lèi)型并沒(méi)有發(fā)生變化,其組織全部為鐵素體+珠光體,而對(duì)鋼的晶粒度和夾雜物級(jí)別的影響并不顯著。表8實(shí)驗(yàn)鋼中組織、夾雜及晶粒度評(píng)級(jí)編號(hào)夾雜物級(jí)別組織晶粒度1D類(lèi)細(xì)系2級(jí)鐵素體+珠光體混晶大部分12級(jí),少部分10級(jí)2B類(lèi)細(xì)系2,5級(jí)鐵素體+珠光體混晶大部分12級(jí),少部分9.5級(jí)3D類(lèi)細(xì)系2,5級(jí)鐵素體+珠光體混晶大部分11級(jí),少部分10級(jí)4B類(lèi)細(xì)系2,5級(jí)鐵素體+珠光體混晶大部分12級(jí),少部分10級(jí)5B類(lèi)細(xì)系2級(jí)鐵素體+珠光體混晶大部分10.5級(jí),少部分8級(jí)3.4稀土對(duì)鋼中Nb的析出相數(shù)量影響圖6為稀土對(duì)鋼中Nb的析出相數(shù)量影響曲線(xiàn),由圖可見(jiàn),鋼中的鈮絕大部分以沉淀相方式存在且隨

16、稀土含量的添加,鈮的析出量略有添加。圖7那么為700 時(shí)稀土對(duì)鋼中Nb的析出相數(shù)量的影響,由圖可以看出,參與稀土后其沉淀相數(shù)量比不加稀土的沉淀數(shù)量普遍要高一些,這是由于1,在鐵素體相區(qū),鈮的析出反響是形核長(zhǎng)大控速,參與稀土后速率常數(shù)增大,闡明RE可以促進(jìn)NbC在鐵素體相的形核,因此添加稀土將會(huì)有較多的臨界形核中心,NbC沉淀顆粒數(shù)量將增多。 圖6稀土對(duì)鋼中Nb的析出數(shù)量影響圖7700稀土對(duì)鋼中Nb的析出相數(shù)量影響4結(jié)論(1)稀土參與首先使含鈮鋼的縱橫向屈服點(diǎn)和抗拉強(qiáng)度下降,在稀土含量為0.05 %左右時(shí)最低,而后隨著稀土含量的添加,其縱橫向屈服點(diǎn)和抗拉強(qiáng)度又提高。(2)隨著稀土含量的添加, 鋼的延伸率和斷面收縮率提高,當(dāng)RE含量到達(dá)0.06 %左右時(shí)有一峰值出現(xiàn),而后隨著稀土含量的添加,鋼的延伸率和斷面收縮率下降。(3)隨著稀土含量的添加,其不同溫度下沖擊功的數(shù)值均呈現(xiàn)先上升而后下降的規(guī)律,當(dāng)RE含量到達(dá)0.03 %左右時(shí),鋼的縱向沖擊功到達(dá)最大值,而后逐漸下降,當(dāng)RE含量到達(dá)0.05 %左