稀土元素对钢材性能的影响
2023-08-09 17:49:57
个人图书馆-草虫gg
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为了满足使用需求，往往选择在钢中加入一定量的稀土元素，使稀土元素在冶炼过程中与奥氏体相熔，奥氏体中的稀土元素的固溶度随着温度降低逐渐减些稀土元素将在铁素体和光体中析出，显微组织和析出相得以强化，从而达到提高钢强度的目的。此类钢再通过锻造、热轧等热处理方法使钢材的性能得以提升。稀土对钢材性能影响主要表现在以下几个方面。
稀土对钢组织和性能有一定程度的影响，向钢中入稀土，通过改变其回火过程中的温度走势，减缓中碳化物的析出过程，从而减少网状碳化物析出的量，并使其均匀地分布在组织中，增强钢的抗裂性、高温能力，使得钢材具有很好的强度及足够的韧。稀土化合物作为非均匀形核质点偏聚于晶，降低界面能，增加晶界总面积，阻碍晶界迁移，有减少裂纹源和裂纹扩展通道的倾向，提高铸件加工性能和钢的热塑性，减少淬火开裂的可能性。稀土能低锰和磷等有害元素和低熔点杂质在晶界上的偏聚量，降低钢的回火脆性，全面有效地提升钢的力学性能。
在H13模具钢中加入不同质量分数复合稀土元素REM（35%La和65%Ce），添加添加量增加到0.1%，随着系耐磨钢中的作用机制。稀土耐磨钢的腐蚀锈层，内层通过一层Fe2O3与基体紧密结合在一起，隔绝了氧气和水对基体的扩散，从而保证了基体不被腐蚀。研究稀土对传统低碳钢和耐候钢的耐蚀性，稀土合金化后Q235和09CuPCrNi的耐蚀性得到了提高。含稀土钢的腐蚀电流密度较低，235M的腐蚀电流密度比 Q235低。09CuPCrNiM的腐蚀电流密度比09CuPCrNi低，腐蚀电位比耐热钢具有优良的塑性、抗高温氧化性和抗腐蚀性能等，随着火力发电、石油化工、机械制造和航天航空等工业快速发展，耐热钢因其优异的高温力学性能而广泛应用于发电行业，这要求其能够在更高的工作温度和压力下提高热效率。因此，研究钢的蠕变性能在工程实践中具有重要意义。稀土改善耐热钢的抗蠕变性能的原因是在晶粒、晶界和位错附近形成偏析，影响其爬升和滑动过程，从而影响蠕变。稀土也会在碳化物和基体界面偏析，影响碳化物颗粒的转变，从而影响蠕变性能。对含Ce的253MA耐热钢的凝固组织及夹杂物的形貌、成分和结构进行表征分析，发现稀土夹杂物主要相结构为CeO2和(先进的超高强度耐磨钢板，作为为社会和谐发展而选择的轻质长寿命材料，已广泛应用于工程机械、桥梁施工、自卸车运输等领域。在耐磨钢中加入稀土进行微合金化处理，具有改性夹杂物和细化晶粒的作用，可以提高耐磨钢的综合应用性能。靳晓艳等。在20MnCrNi2Mo低合金耐磨铸钢中添加0.0327%稀土，发现钢在铸态时显微组织改变，由尺寸较粗大、岛状的粒状贝氏体逐渐转变为尺寸细小的粒状贝氏体和少量下贝氏体组织。钢的冲击断口截面出现韧窝，断裂方式由脆性断裂向韧性断裂转变，因此稀土元素提高了20MnCrNi2Mo低合金耐磨铸钢的综合力学性能。而且稀土可以有效地对晶界进行改善，当晶界强度有所增加时，明显减少裂纹扩散速率。
研究了Ce对低合金耐磨钢夹杂物变性、组织转变和力学性能的影响，发现耐磨钢经稀土处理后，贝氏体的比例增加，取代多边形先共析铁素体，细化铸态组织的尺寸，使的强度、硬度和冲击能得到提高。细小的贝氏体有不同的晶粒取向和高比例的大角度晶界，在裂纹尖端扩展过程中，交错的贝氏体会改变方向，以Z字形扩展，在相同的磨损时间下，磨损率的拐点前降低，磨损量减少，从而综合提高了耐磨钢的度、韧性和耐磨性。Ce在钢中的作用过程如图5示，主要体现在稀土元素加入到钢中，夹杂物变质、微观组织晶粒细化和促进贝氏体铁素体析出，而全面提高了钢的耐磨性。稀土除了使钢具有良好的微观结构特征和晶界特征外，还对降低其脆性转变温度起到重要作用，提升钢在实际服役条件下的稳定性。采用热力模拟装置模拟了未掺杂和掺杂Ce的SA508CL-3反应堆压力容器钢的焊接粗晶热影响区(CGHAZS) ，结果表明，Ce显著降低了(CGHAZS)的韧脆转变温度(DBTT) 值，促使容器钢的CGHAZS的韧脆转变温度从-22℃降低至-88℃，添加Ce样品中存在明显的晶界偏析，偏析程度随热输入的减小( 或冷却速率的增大) 而增大。在双相不锈钢中加入钆，加入钆的合金的冲击能显著增加，并且由夏比冲击能量过渡曲线观察到钢的韧脆转变温度略微 降低了10℃，随着钆的加入，铸造合金的极限抗拉强度从919MPa提高到 969MPa，硬度从23.6HRC增加到25.0HRC。
