稀土能有效提高鑄不銹鋼韌性
眾所周知，在鋼材中添加適量的稀土元素會對材料的結(jié)構(gòu)和性能產(chǎn)生重大影響。通常鋼中稀土元素的添加量為0.05%~0.20%。由于稀土與鐵的原子半徑之比遠超過15%，而且稀土與鐵的電負性差異很大，這些都不利于固溶體的形成，所以稀土在鋼中的溶解度非常低。鋼中的稀土元素大部分以稀土化合物的形式存在，主要是稀土氧化物和稀土硫化物。
西安航空職業(yè)技術(shù)學院開展了在鑄鋼中添加稀土元素對其組織和性能影響的研究。他們以ZG35CrMnSi鑄鋼為試驗材料，所用稀土添加劑為混合稀土。考慮到試料中含有一定量的硫和添加稀土元素時的損失，稀土添加范圍為0.23%~0.38%，該添加量是指冶煉時鋼水中添加的稀土總量。比較含有和不含稀土元素的兩組樣品的結(jié)構(gòu)和性能。鑄鋼件在中頻感應(yīng)爐中熔煉，鑄件采用熔模鑄造制備。然后將試件加熱到900°C+670°C空冷，然后加熱至890℃油中淬火；然后570~630°C火。
對比試驗結(jié)果表明，稀土對鑄鋼強度影響不大，但對鑄鋼韌性影響顯著。沖擊韌性提高43%，延伸率提高13.3%。顯微組織檢查表明，不含稀土元素的鑄鋼組織回火索氏體較粗，其晶粒度約為5；其中，灰色塊狀物為MnS夾雜物，并不分布在整個檢測面。一般來說，MnS 的形貌大多是有棱角的。稀土元素鑄鋼的試樣組織為均勻細回火的索氏體，晶粒度在8-9左右。表明添加稀土元素后，鑄鋼的組織可以得到細化。
另外，添加稀土元素后，鋼的脫硫效果不明顯，但對MnS的形貌影響較大。不添加稀土元素時，鋼中的MnS呈帶棱角的條狀或塊狀；加入稀土元素后，硫化物呈近似球形，相對于不含稀土元素的樣品分布較為分散，但僅在少數(shù)地方可以看到條狀或塊狀的硫化物夾雜物。在不含稀土元素的試樣斷口上，MnS呈濃集狀，呈樹枝狀。MnS夾雜區(qū)斷裂主要為沿晶斷裂，局部可見沿晶二次裂紋。
在含有稀土元素的樣品中，斷口為韌性穿晶斷口。即使在硫化物集中的區(qū)域，基體金屬仍然是韌性穿晶斷裂。添加稀土元素的鑄鋼消除了枝晶狀硫化物，使其變成球形或非角形棒材和塊狀稀土硫化物，有利于提高韌性。
有研究指出，稀土元素精煉的原理可能是由于以下原因：
(1)鋼中加入稀土元素形成的硫化物和氧化物夾雜物，可成為鋼的非自發(fā)晶核，可細化等軸晶，縮短柱狀晶區(qū)。
(2)稀土元素在固相中的溶解度很小。一旦鋼水凝固，稀土在生長晶體前部的液相中富集，阻止晶體生長，從而使晶粒細化。
(3)稀土元素容易在晶界富集，降低合金的界面張力，降低晶粒長大的驅(qū)動力，從而抑制奧氏體晶粒的長大。相應(yīng)地，淬火形成的片狀馬氏體也較小。
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文章來源：@青蝠科技 作者：青蝠科技
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