不锈钢中稀土元素的作用及机制

2023-11-30

国内外冶金学者就有关稀土在钢中的作用做了大量的相关研究,也取得了较多重要的成果,并成功地应用于稀土重轨、稀土耐侯等钢种的生产中。但由于稀土元素具有极强的化学活性,在不洁净钢中盲目添加大量稀土,反而会造成钢液的污染,有时还造成水口结瘤等问题。而随着钢铁冶炼控制技术与钢的洁净度不断提高,稀土在钢中的作用将能得到更有效的发挥与控制。

钢中稀土通常以固溶状态和非金属夹杂物或金属间化合物三种形式存在。且钢中的稀土基本存在于夹杂物中,待钢中的稀土超过固浓度时,可以观察到少量的稀土金属间化合物(如Fe17Ce2等)沿晶界析出。当钢中加入稀土后,稀土可置换原先钢中可能存在硅酸盐、氧化铝、铝盐酸及硫化物中相应的金属元素,形成熔点更高的稀土化合物。

稀土在钢中的净化作用主要表现在:深度降低氧、硫的含量,并降低硫、磷、氢、砷、锡、锑、铋、铅等低熔点元素的有害作用。

钢中加入稀土后,会首先与钢液中的氧、硫反应生成稀土氧化物、氧硫化物、硫化物以降低其含量。采用俄歇能谱与离子探针对高速钢晶界上硫的偏聚进行研究表明,硫含量仅为20ppm时,硫在晶界的偏聚仍明显,加入稀土后,晶界上硫会随之减少。当加入Ce0.03%~0.05%时,奥氏体晶界上的硫会消失。此外,稀土也同样可以减少晶界上磷的偏聚。一定量的稀土可以与钢中的砷、锡、锑、铋、铅等杂质作用形成熔点较高的化合物

稀土也可以改变夹杂物的性质、形态以及分布,从而提高钢的各项性能。如稀土可控制氧化物、硫化物的形态,使钢中群聚的Al2O3夹杂与长条状的MnS消失,并使之球化并转变为稀土复合夹杂物,但要控制好钢中稀土含量以及RE/S参数(Re代表稀土元素)。由于稀土夹杂物的热膨胀系数与钢接近,从而可以避免钢材热加工冷却时在夹杂物周围产生较大的附加应力,有利于提高钢的疲劳强度,增加夹杂物与晶界抵抗裂纹形成与扩展的能力。而对于硫化物的形态变质则可明显改善钢的高温塑性、横向韧性、疲劳与焊接性能以及耐大气腐蚀性能等等。

稀土在钢中形成较高熔点的化合物,在钢液凝固前析出,呈细小的质点分布在钢液中,作为非均质形核中心,降低钢液结晶的过冷度,因而可细化钢的凝固组织并减少偏析。

据有关文献,在双相钢系列及耐热钢(S30815)中添加一定量的稀土,可以改善板坯质量。

XML 地图