202不銹鋼中稀土ce對(duì)沖擊韌性的影響(學(xué)習(xí)材料九十六)

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1、學(xué)習(xí)材料（九十六）202不銹鋼中稀土Ce對(duì)沖擊韌性的影響蔡國君董方（內(nèi)蒙古科技大學(xué)材料與冶金學(xué)院內(nèi)蒙古包頭014010）摘要通過掃描電鏡、能譜分析和力學(xué)性能檢測，研究了加入稀土Ce后202不銹鋼沖擊韌性的變化情況。研究結(jié)果表明：鋼中加入稀土Ce可改變夾雜物形態(tài)，并且在一定范圍內(nèi)可顯著提高202不銹鋼的沖擊韌性。當(dāng)鋼中稀土Ce的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.016%時(shí)，202不銹鋼可獲得最佳的沖擊韌性。關(guān)鍵詞202不銹鋼夾雜物形態(tài)沖擊韌性鉻錳系奧氏體不銹鋼是在18-8鉻鎳不銹鋼的基礎(chǔ)上加入錳、氮替代部分貴重金屬鎳，國際上稱為202系列不銹鋼[1]，202（1Cr18

2、Mn8Ni5N）不銹鋼即為其中的一種，在消費(fèi)品領(lǐng)域大量使用。目前，鉻和鎳資源緊缺成為我國發(fā)展傳統(tǒng)奧氏體不銹鋼的瓶頸，在研究節(jié)鎳不銹鋼這方面，我國尚處于起步階段，與國外發(fā)達(dá)國家相比有很大差距，充分利用我國豐富的稀土資源優(yōu)勢開發(fā)節(jié)鎳型不銹鋼新材料對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展有著重要的意義。近年來，一些200系列不銹鋼產(chǎn)品在使用過程中常會(huì)發(fā)生腐蝕斷裂，經(jīng)分析是斷口表面因硫化錳夾雜物脫落而形成的條狀凹坑所致，這是內(nèi)部夾雜物與應(yīng)力腐蝕共同作用的結(jié)果。由于內(nèi)部夾雜物與應(yīng)力腐蝕導(dǎo)致202不銹鋼的斷裂，造成了其沖擊韌性大幅下降，本研究于2009年初，通過向202不銹鋼中

3、添加稀土元素Ce，改變夾雜物的形態(tài)、凈化晶界來提高其沖擊韌性。目前，內(nèi)蒙古華業(yè)特鋼公司正在研究將稀土Ce添加到200系列不銹鋼內(nèi)，用以提高其耐腐蝕性能及力學(xué)性能。1實(shí)驗(yàn)方法實(shí)驗(yàn)采用202不銹鋼（1Cr18Mn8Ni5N）為原料，稀土添加劑為純Ce（w(Ce)≥99.9%）。在10kg中頻感應(yīng)爐內(nèi)冶煉不同稀土含量的實(shí)驗(yàn)鋼，實(shí)驗(yàn)鋼的化學(xué)成分見表1，其中稀土元素是采用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICPMS）分析得出。表1試驗(yàn)鋼的成分試樣wB/%CNMnPSCrNiRE10.0740.1358.0180.00420.005718.15.05020.0760.1

4、568.0210.00390.006218.25.040.00530.0730.1628.0190.00310.005317.95.020.01140.0740.1648.0230.00450.005918.15.030.01650.0770.1678.0160.00480.006517.95.040.022將冶煉好的鋼錠進(jìn)行鍛造，開鍛溫度1150～1200℃，終鍛溫度825～950℃，試樣由Φ80mm鍛成25mm×25mm方坯，然后固溶熱處理，初期快速升溫，700℃以后緩慢升溫（200℃/h以下）至保溫溫度，在1150℃保溫2h后快速水冷至室溫。

5、實(shí)驗(yàn)鋼的沖擊韌性采用夏比V形缺口沖擊試樣，在JB-30B型沖擊試驗(yàn)機(jī)上測定。利用QUANTN400型掃描電鏡（SEM）觀察鋼中夾雜物的形態(tài)與鋼的沖擊斷口形貌，同時(shí)使用X-射線能譜儀（EDS）對(duì)夾雜物的化學(xué)成分進(jìn)行定性分析。2結(jié)果與討論5學(xué)習(xí)材料（九十六）2.1沖擊試驗(yàn)結(jié)果分析圖1為鋼中稀土含量與沖擊韌性的關(guān)系圖，可以看出，加入稀土Ce的2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)試樣的沖擊功分別比1號(hào)試樣提高了62.1%、49.5%和22.3%，隨著鋼中稀土含量的增加，沖擊吸收功不斷增加，鋼的沖擊韌性得到了顯著提高，而稀土含量最多的5號(hào)試樣的沖擊功卻比4號(hào)試樣下降了將近一半。

6、202不銹鋼中加入稀土Ce提高了沖擊功的原因是稀土可使鋼中塑性的硫化物夾雜變質(zhì)為彌散分布的細(xì)小球狀稀土夾雜物，均勻分布在鋼中，固溶的稀土起到凈化晶界、強(qiáng)化晶界的作用[2]，改善了鋼的橫向沖擊韌性。其次，稀土細(xì)化了晶粒，增加了碳、氮的溶解度，降低其脫溶量，使之不能脫溶進(jìn)入內(nèi)應(yīng)力區(qū)或晶體缺陷中去，減少了釘扎位錯(cuò)的間隙原子數(shù)目[3]，因而提高了鋼的沖擊韌性。當(dāng)稀土Ce質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.016%時(shí)，實(shí)驗(yàn)鋼具有最佳的沖擊韌性，而當(dāng)加入過量稀土Ce，則會(huì)造成202不銹鋼的沖擊韌性大幅度下降，這是由于當(dāng)鋼中稀土氧化物已經(jīng)析出，硫化物已被稀土夾雜物取代后，鋼中的稀土超

7、過固溶度時(shí)，少量稀土金屬間化合物沿鋼的晶界析出，這些沿晶界分布的金屬間化合物一般熔點(diǎn)較低，將導(dǎo)致鋼的熱脆，從而降低鋼的沖擊韌性[4]。2.2夾雜物形態(tài)分析圖2為通過掃描電鏡觀察到的鋼中夾雜物形貌及能譜分析。從圖2(a)中可以看到，15學(xué)習(xí)材料（九十六）（a）1號(hào)樣：MnS；（b）3號(hào)樣：稀土多相夾雜物；（4）4號(hào)樣：稀土硫氧化物圖2202不銹鋼中夾雜物形貌和X-射線能譜分析號(hào)試樣中存在著長條狀?yuàn)A雜物，由能譜分析測定，可知長約22μm的長條狀?yuàn)A雜物是MnS。從圖2(b)中可以看到，3號(hào)試樣中串狀?yuàn)A雜物，長約12μm，經(jīng)能譜分析測定應(yīng)為稀土硫化物及稀土

8、硫氧化物組成的多相夾雜物。這一多相夾雜物是由多個(gè)0.3～0.5μm數(shù)量級(jí)的球狀細(xì)小的夾雜物所組成的，由于稀土的高吸附作用，