稀土元素在先進(jìn)低合金鋼中的應(yīng)用研究

1、稀土元素在先進(jìn)低合金鋼中的應(yīng)用研究王隆美，齊斌，李潔月，劉柳，馮過，王福明中央科技鋼鐵研究總院、 北京 100081，中國(guó)公關(guān)科技大學(xué)，北京100083內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)，呼和浩特010051，中國(guó)公關(guān)2007年4月21日摘要：用金相顯微鏡，X-射線，掃描式電子顯微鏡，離子探針質(zhì)量分析儀等儀器研究了稀土元素在低合金剛中對(duì)變性?shī)A雜物，深層凈化，細(xì)化晶粒和微合金化的影響。溶解的稀土元素出現(xiàn)在晶界優(yōu)于在晶粒內(nèi)部，并且微量溶解的稀土元素會(huì)形成新的晶界替代原來的。析出相的Nb（C，N），（NB，TI）（C，N）被溶解稀土迅速分散。先進(jìn)的低合金化鋼的強(qiáng)度和韌性得到改善。Si4+,P5+ 和 Cu+移動(dòng)到內(nèi)銹層

2、中強(qiáng)化了耐候鋼的基體和內(nèi)秀層，所以強(qiáng)化了耐候鋼表面硬度。結(jié)果是，一個(gè)密集的復(fù)合銹層含Si4+和P5+銅+，RE3 +的形成，耐候鋼的耐蝕性得到很好的改善。關(guān)鍵詞：稀土金屬;應(yīng)用，先進(jìn)的低合金鋼1、介紹隨著冶金技術(shù)的發(fā)展，鋼的產(chǎn)量已經(jīng)有很大的提高，在今天的中國(guó)。稀土資源在中國(guó)的儲(chǔ)存量很大，而且今天中國(guó)也是最大的鋼鐵生產(chǎn)國(guó)。那么就有意義提出研究富含中國(guó)特色的稀土在高純低合金鋼和微合金鋼（如先進(jìn)的耐腐蝕鋼，先進(jìn)的高強(qiáng)度低合金鋼和先進(jìn)的結(jié)構(gòu)鋼等）中的應(yīng)用和發(fā)展。2、實(shí)驗(yàn)研究實(shí)驗(yàn)材料在真空感應(yīng)爐中進(jìn)行了細(xì)化，一些樣品是從工業(yè)鋼鐵廠中拿來的。固溶體的樣品重新進(jìn)行測(cè)量低溫電解結(jié)合電感耦合等離子體（ICP）1

3、。用掃描電鏡、 EDS 和IMMA 2，3 檢查變性?shī)A雜物和銹層的化學(xué)成分。用掃描電鏡和 EDX 檢測(cè)Nb(C, N), (Nb, Ti) (C, N),析出相階段和LaAS, Sb, 或 LaP金屬間化合物相。用離子探針質(zhì)譜分析檢測(cè)稀土元素在晶界或晶粒內(nèi)被隔離。3。結(jié)果與討論3.1、變性?shī)A雜物，深層凈化鋼和細(xì)化晶粒尺寸微-稀土元素可以發(fā)揮重要作用在形狀控制和變性?shī)A雜在先進(jìn)的低合金剛中，不僅是對(duì)細(xì)長(zhǎng) MnS 夾雜物，也對(duì)金格脆性氧化物 1。圖1和表1說明當(dāng)RE/S1.7, RE/(S +O)0.8時(shí)，先進(jìn)低合金鋼中的稀土夾雜物被直徑<2µm球形分布的稀土氧化硫夾雜物所替代。當(dāng)先

4、進(jìn)的低合金鋼中總氧0.001wt左右，硫含量迅速下降從0.0080wt%到0.002wt，2分鐘后，加入稀土。列入的百分?jǐn)?shù)比% 夾雜物的縱向長(zhǎng)度，µm圖-1-（a）修改后的稀土氧硫化夾雜物在先進(jìn)的低合金鋼的形態(tài) （b）圖像統(tǒng)計(jì)分析測(cè)試修改夾雜的縱向長(zhǎng)度和數(shù)量百分比的關(guān)系。 由于稀土元素的加入，有害元素S,P被隔離在晶界外，如表2所示。稀土元素能抑制像As，Sb等對(duì)低熔點(diǎn)先進(jìn)低合金鋼的副作用。雜質(zhì)元素的固定方式，如圖2所示。稀土元素能減少固體冷卻凝固的范圍，以便實(shí)現(xiàn)鑄造組織的細(xì)化（見表3）。另外，稀土氧化物或氧硫化物呈球形分布的尺寸<2µm的時(shí)候能擬制晶界的生成并起到細(xì)

5、化晶粒的效果。表1由EDS修改后夾雜物的結(jié)果元素%ALSiSCaMnFeLaCeNdO0.040.046.730.080.000.3127.3935.921.34 25.54 表2在不同的晶界處用能譜儀觀察到的稀土元素對(duì)S,P的隔離。樣品晶界（珠光體鐵素體）晶界（鐵素體珠光體）LaPS La PS未加入稀土- 0.060.02-0.12 0.05稀土：0.0049wt%1.59 - 1.69- -表3 稀土對(duì)鑄態(tài)組織的細(xì)化NO.結(jié)晶器附近等軸晶粒的變化范圍(mm)柱狀晶粒的變化范圍（mm）中央細(xì)等軸晶區(qū)范圍（mm）NO.0(未加入稀土)5783NO.1（稀土：0.12wt%）35033表4 用

6、離子微探針質(zhì)譜分析儀分析融化的稀土中S,P的濃度對(duì)低合金鋼的影響RE(wt%)固體溶解(RE/gg1)晶界晶粒內(nèi)I+Ce/I+FeI+P/I+OI+Ce/I+FeI+s/I+OI+P/I+OI+Ce/I+Fe000.250.3800.100.120.011350.130.260.610.0900.140.200.014760.0730.200.810.0740.150.400.0231320.0650.160.920.0680.150.66 圖2。鑭，銻和LAP復(fù)合相（一）SEM及（b）EDS的照片。 溶入稀土元素對(duì)珠光體的大小和參碳體濃度的影響(a)未加稀土，(b)稀土元素La0.039wt

7、%。3.2。稀土在高純的先進(jìn)的低合金鋼中對(duì)鋼微合金化的影響基于前面對(duì)低合金鋼中加入稀土系統(tǒng)的研究結(jié)果，發(fā)現(xiàn)它有個(gè)臨界點(diǎn)（Re / S = 2.0） 5。溶解稀土元素含量顯著上升后，MnS被完全替代，如在圖所示。圖1和圖2前面已經(jīng)做好了。稀土元素在鋼中的溶解度由于加入Nb,Ti,或者Al而增加，如圖。圖3和圖4也是前面做好的。3-5加入的稀土元素出現(xiàn)在晶界處比出現(xiàn)在晶粒內(nèi)好，而且稀土元素在晶界處形成新的晶界。表4中給出了數(shù)據(jù)。稀土對(duì)珠光體空間的影響是如表 5 所示。能明顯的看到稀土能使參碳體變厚（如圖3）。所以鋼鐵的強(qiáng)度得到了強(qiáng)化。 圖4，碳電解法提取析出相，(a)RE:0;(b)RE:0.01

8、4%。 表5 稀土對(duì)珠光體的影響 NO.珠光體尺寸（µm）La-00.38La-0.00490.32La-0.00850.28La-0.03930.23表6 稀土元素對(duì)低合金鋼中各種沉淀相尺寸的影響鋼種不加稀土（nm）加稀土（nm）10MnV1205014MnNb5010020X60 (Nb,Ti)80<40 表7稀土對(duì)先進(jìn)的低合金鋼的強(qiáng)度和韌性表8 稀土對(duì)各種先進(jìn)的低合金鋼的橫向沖擊性能的影響 圖5。稀土對(duì)腐蝕速率的影響。在表6和圖4中，看到微量的稀土溶于先進(jìn)的低合金鋼中能迅速的對(duì)析出相進(jìn)行分散和細(xì)化，圖4就是一個(gè)比較有代表性的低合金鋼試驗(yàn)數(shù)據(jù)。用X射線、碳提取復(fù)制副本透射電

9、鏡樣品的證明這些沉淀的粒子是鈮-鈦碳化物。如圖4（a和b）。稀土對(duì)先進(jìn)的低合金鋼的強(qiáng)度和韌性的影響已列入表7和8。低合金耐候鋼中存在一個(gè)最佳的RE/S值影響鋼的腐蝕速率。稀土對(duì)腐蝕速率的影響如圖5所示。先進(jìn)的低合金耐候鋼中稀土富集在內(nèi)銹層和鋼的基體中。Si4+,P5+ 和Cu+也富集在內(nèi)銹層中。最終一個(gè)包含了 Si4+、P5+、RE3+ 的密集混合內(nèi)銹層形成。這項(xiàng)工作是由中華人民共和國(guó)科學(xué)技術(shù)部重點(diǎn)支持的科技項(xiàng)目（2002BA315A05）。參考文獻(xiàn)：1 L. Yonghua, L. Qin, Y. Wen, et al., Chin. J. Rare Earths 7 (36) (1999) 207.2 Z. Xingyuan, S. Qin, L. Qin, et al., J. Chin. Rare Earth Soc. 22 (5) (2004)665.3 L.Wang,Q. Lin, J. Ji,D. Lan, J.Alloys Compnds. 408412 (2006) 384386.4 L. Yonghua, L. Qin, Yewen, et al., J. Rare Earths 17 (3) (1999) 207.5 Z.