钢中稀土元素微合金化作用机理研究

稀土和钢中氧硫的亲合力很强，钢中加入稀土首先形成各种稀土夹杂物,在钢中氧和硫没有达到稀土固溶所要求的临界值时，加入的稀土绝大多数变成稀土夹杂物，这是造成稀土合金化应用的最大瓶颈。随着我国钢冶炼控制技术和钢水洁净度的不断提高，通过优化和掌握好稀土加入工艺，开展以低氧、低硫钢中稀土固溶规律、微合金强化作用的研究等工作,深入了解钢中稀土微合金化的作用机理，为稀土在钢中作为合金元素的应用奠定基础具有重要意义。同时，以稀土作为合金元素,发展具有中国资源特色的微合金钢系列，把稀土资源优势转化为产品优势，提高国际竞争力，有重要的经济意义。本项目以洁净钢水为研究对象，以底喷稀土粉为加入手段，深入研究稀土在钢中的存在规律、探索增加稀土在钢中固溶量的临界条件，发挥稀土微合金强化作用，发展具有中国资源特色的微合金钢系列，以期获得综合机械性能更高的稀土微合金钢，提升钢铁产品的附加值和国际竞争力。

本课题针对稀土在钢中的净化、变质、细化晶粒及微合金化作用方面表现出的特点，采用真空中频感应炉、Axiovert25型蔡司金相显微镜、S-3400N型扫描电镜、VUESTL2 X-射线能谱仪、Gleeble-1500D型热模拟试验机、Bruker (D8 ADVANCE) 型 XRD、SANS-ZBC2752A 型冲击试验机、SI1280B型电化学测试系统等手段，系统研究了稀土对SS400钢、（X70、X80、X100）管线钢、A36船板钢、IF钢及T91（9Cr1Mo）钢显微组织、夹杂物变性、细化晶粒、力学性能及抗腐蚀性能等方面的影响和作用机理，研究成果提供了稀土在钢中的微合金化控制和实用化的基础理论，为稀土元素在钢中的进一步应用提供新的思路。.稀土在低氧、低硫钢中可以发挥微合金化作用；稀土可以改变夹杂物的形态与性质，使复杂形状的夹杂物变为球形或椭球形夹杂物，且夹杂物的尺寸变小；稀土可以细化钢的显微组织，改变珠光体、铁素体等组织的形状和片层间距；稀土可以影响钢腐蚀微电池的电极电位，提高自腐蚀电位，降低了电化学反应的驱动力，使腐蚀失重减小。.添加稀土 Ce 后，X80 管线钢的含稀土Ce0.0093%时以全面腐蚀为主，内锈层变得致密，并且均匀的与基体紧密附着在一起，促使腐蚀速度减缓。研究对比发现A36Re船板钢腐蚀产物分布更加均匀致密，锈层电阻值更高，XRD分析发现两种钢的腐蚀产物主要为铁的氧化物和羟基铁。但A36Re船板钢中具有保护性的α-FeOOH的含量增多，提高了锈层对基体的保护能力。.在X80管线钢中添加0.0093% Ce时，低温冲击韧性提高了27%，达到349J；屈服强度Re提高了12%，达到668.5MPa；抗拉强度 Rm 提高了9%，达到774.3MPa，X80管线钢具有最优的综合力学性能。 .IF 钢、T91 钢的力学性能也因加入Ce而显著改善。IF钢中Ce含量为0.0042%时，抗拉强度由114.78MPa 增加到165.71MPa，提高了44.4%；屈服强度由96.41MPa 增加到132.17MPa，提高了37.1%；延伸率由43.67%增加到49.35%，提高了 13.0%；室温冲击吸收功由 229.5J 增加到 308.6J，提高了34.5%。