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構和性能產生重大影響。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。
西安航空職業技術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構和性能。鑄鋼件在中頻感應爐中熔煉，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，可成為鋼的非自發晶核，可細化等軸晶，縮短柱狀晶區。
(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，降低晶粒長大的驅動力，從而抑制奧氏體晶粒的長大。相應地，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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