稀土對含鈮鋼組織和性能的影響

1、.：.；稀土對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：研討了稀土對含鈮鋼組織和性能的影響,研討結果闡明,稀土元素的參與使鋼的縱橫向強度先下降而后上升,鋼的延伸率和沖擊功那么先上升而后下降,其對改善鋼的強度和-20以下沖擊功的各向異性不明顯,而且對細化晶粒度和夾雜物級別影響不顯著,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,隨著微合金化元素Nb、V、Ti在鋼中的廣泛運用,使得微合金化鋼

5、得到了迅速開展,而微合金化元素Nb、V、Ti主要是利用其碳氮化物應變誘導析出與高溫形變再結晶的交互作用產生晶粒細化以及沉淀強化的效果來提高資料的強度和韌性,但鋼中其它元素的存在會對碳氮化物的沉淀析出反響產生影響,因此在含鈮鋼中稀土元素的參與同樣會影響到其強化效果,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,因此本研討主要開展稀土對含鈮鋼作用的研討,探尋稀土在含鈮鋼中的作用規(guī)律,討論不同稀土含量對含鈮鋼的組織、性能以及沉淀相析出規(guī)律的影響。2實驗條件和實驗方案實驗鋼在50 kg真空感應爐中冶煉,稀

6、土為含鈰量大于99 %的純鈰金屬,稀土在冶煉終點和出鋼前參與,實驗鋼的化學成分見表1。表1稀土微合金鋼化學成分(w)%編號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實驗鋼先采用鋁線進展脫氧處置后運用氬氣維護注錠,鋼錠為50 kg的圓錠,鋼錠在1 200 加熱保溫2 h,

7、在小軋機上進展兩階段控軋,開軋溫度1 150 ,再結區(qū)軋制溫度為1 0001 150 ,非再結晶區(qū)軋制溫度為800950 之間進展,詳細軋制工藝參數(shù)見表2所示。 表2軋制工藝參數(shù)項目初軋精軋道次1234567溫度/1000100010001000100010001000出口厚度/mm12090604022128壓下量/mm3030302018104變形量/%202533.333.34545.433.33實驗結果及分析3.1稀土對鋼的力學性能的影響3.1.1稀土對鋼的屈服點、抗拉強度的影響實驗鋼的橫向、縱向屈服點及抗拉強度平均值見表3所示,由表可見,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 %左右時最低,而后隨著稀土含量的添加,其縱橫向力學性能又提高,這與有關文獻報導所呈現(xiàn)的趨勢相吻合2。表3稀土微合金鋼的屈服點及抗拉強度編號橫向屈服點/MPa橫向抗拉強度/MPa橫向屈強比縱向屈服點/MPa縱向抗拉強度/MPa縱向屈強比14405300.8304305230.82324485250.8524184980.83934055130.7903684650.79044485200.8614204980.84454735530.8554485450.8123.1.2稀土對鋼的延伸率、斷面收縮率及冷彎的影響表4為各組實驗鋼的橫向與縱向延伸率及橫向斷面收縮率結果,圖1、圖2、

9、圖3那么為其對應的曲線圖,由圖表可見,隨著稀土含量的添加,鋼的延伸率和斷面收縮率提高,當RE含量到達0.06 %左右時有一峰值出現(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系圖2稀土與橫向延伸率的關系圖3稀土與縱向延伸率的關系表4各組實驗鋼的橫向與縱向延伸率及橫向斷面收縮率編號橫向延伸率/%橫向斷面收縮率/%橫向冷彎實驗縱向延伸率/%縱向冷彎實驗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稀土對鋼的沖擊功的影響不同稀土含量,不同溫度下實驗鋼的橫向和縱向沖擊功平均值見表5及表6所示,圖4、圖5那么分別為其對應-40 時的曲線,由圖可見,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RE含量到達0.03 %左右時,鋼的縱向沖擊功到達最大值,而后逐漸下降,當RE含量到達0.05 %左右時,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球形的稀土硫化物或稀土硫氧化物,在軋制時不會沿軋制方向伸長,而球形夾雜大大減輕了夾雜物引起的應力

11、集中且不易發(fā)生橫向破斷,從而使沖擊功數(shù)值提高,隨著稀土的過量參與那么沖擊功數(shù)值下降,這是由于過量的稀土參與后,鈰與鐵能構成金屬間化合物3,這種金屬間化合物又硬又脆,體積很大,構造上也與基體金屬不同,使鋼的性能產生惡化。表5稀土微合金鋼橫向沖擊性能編號溫度/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時稀土與橫向沖擊功的關系圖5-40時稀土與縱向沖擊功的關系3.2稀土對鋼的各向異性的影響實驗鋼的屈服點、抗拉強度及沖擊功的各向異性見表7所示,由表可見,在-20 以上,RE的參與可以改善其沖擊功的各向異性,對鋼的性能和-20 以下沖擊功的各向異性影響不顯著。表

14、7各組實驗成分的各向異性(橫向/縱向)編號屈服點抗拉強度沖擊功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,鋼的組織類型并沒有發(fā)生變化,其組織全部為鐵素體+珠光體,而對鋼的晶粒度和夾雜物級別的影響并不顯著。表8實驗鋼中組織、夾雜及晶粒度評級編號夾雜物級別組織晶粒度1D類細系2級鐵素體+珠光體混晶大部分12級,少部分10級2B類細系2,5級鐵素體+珠光體混晶大部分12級,少部分9.5級3D類細系2,5級鐵素體+珠光體混晶大部分11級,少部分10級4B類細系2,5級鐵素體+珠光體混晶大部分12級,少部分10級5B類細系2級鐵素體+珠光體混晶大部分10.5級,少部分8級3.4稀土對鋼中Nb的析出相數(shù)量影響圖6為稀土對鋼中Nb的析出相數(shù)量影響曲線,由圖可見,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 時稀土對鋼中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大控速,參與稀土后速率常數(shù)增大,闡明RE可以促進NbC在鐵素體相的形核,因此添加稀土將會有較多的臨界形核中心,NbC沉淀顆粒數(shù)量將增多。 圖6稀土對鋼中Nb的析出數(shù)量影響圖7700稀土對鋼中Nb的析出相數(shù)量影響4結論(1)稀土參與首先使含鈮鋼的縱橫向屈服點和抗拉強度下降,在稀土含量為0.05 %左右時最低,而后隨著稀土含量的添加,其縱橫向屈服點和抗拉強度又提高。(2)隨著稀土含量的添加, 鋼的延伸率和斷面收縮率提高,當RE含量到達0.06 %左右時有一峰值出現(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RE含量到達0.03 %左右時,鋼的縱向沖擊功到達最大值,而后逐漸下降,當RE含量到達0.05 %左