BG380CL鋼稀土與鈣處理的對(duì)比研究

供稿|陳宇，張立龍 / CHEN Yu， ZHANG Li-long

BG380CL鋼稀土與鈣處理的對(duì)比研究

供稿|陳宇，張立龍 / CHEN Yu， ZHANG Li-long

內(nèi)容導(dǎo)讀

通過對(duì)比稀土處理和鈣處理對(duì)BG380CL金相組織、夾雜物、力學(xué)性能、沖擊韌性以及疲勞斷口的影響，探討了BG380CL鋼最優(yōu)的處理方法，為提高BG380CL鋼的各項(xiàng)性能指標(biāo)提供了實(shí)踐依據(jù)。實(shí)驗(yàn)表明，由稀土處理對(duì)球化硫化錳夾雜具有優(yōu)異的效果，稀土處理后的BG380CL鋼具有良好的低溫沖擊韌性以及疲勞性能，為后續(xù)稀土金屬在生產(chǎn)實(shí)踐中的應(yīng)用提供了一定的指導(dǎo)。

由于稀土金屬中的化學(xué)性質(zhì)非常活躍，因此微量的稀土元素能與鋼中殘余的硫產(chǎn)生氧化作用，生成球狀的硫化物或硫氧化物，取代長條狀硫化錳夾雜，起到了變質(zhì)夾雜的作用，不僅能夠提高鋼的韌性，而且改善了鋼材的各向異性［1］。

鈣與硫的親和能力較強(qiáng)，在煉鋼的精煉過程中，采用喂Ca-Si絲的鈣處理工藝對(duì)鋼中夾雜物進(jìn)行變質(zhì)處理。經(jīng)過處理后的夾雜物的含量可以被控制在較低的水平，夾雜物變質(zhì)處理后尺寸、分布的狀態(tài)也有明顯改善［2］。而且將鋼液中的硫化錳轉(zhuǎn)變?yōu)榱蚧}，可以消除長條狀的硫化錳夾雜，改善鋼水的流動(dòng)性［3］。

文章通過對(duì)稀土處理與鈣處理后的金相組織、夾雜物、力學(xué)性能、沖擊韌性以及疲勞斷口對(duì)比分析，探討了BG380CL鋼最優(yōu)的處理方法，為提高BG380CL鋼的各項(xiàng)性能指標(biāo)提供了實(shí)踐依據(jù)。

金相組織及夾雜物

金相組織的對(duì)比

本文選取BG380CL實(shí)驗(yàn)鋼的編號(hào)為1#、2#，1#表示稀土處理，2#表示鈣處理，金相組織如圖1所示。通過顯微觀察，兩種處理方式下的金相組織均為鐵素體+珠光體，珠光體的含量均為13%左右，晶粒度均為10級(jí)左右，無明顯區(qū)別。

夾雜物的對(duì)比情況

在掃描電鏡下，對(duì)1#試樣和2#試樣的夾雜物形貌、大小以及成分進(jìn)行檢驗(yàn)。結(jié)果表明，稀土處理的BG380CL鋼中主要的非金屬夾雜物為被球化后的稀土硫化物，尺寸細(xì)小，直徑約為5 μm，如圖2和圖3所示。鈣處理的BG380CL鋼中主要的非金屬夾雜物為Al2O3和MnS，Al2O3夾雜物的直徑約為7.5 μm，MnS夾雜物的長度約為20 μm，如圖4和圖5所示。

圖1　試樣的金相組織圖

圖2　1#試樣的夾雜物形貌

圖3　1#試樣的夾雜物成分

圖4　2#試樣的夾雜物形貌

圖5　2#試樣的夾雜物成分

由此可見，稀土處理后硫化物與稀土元素發(fā)生作用生成球狀稀土硫化物，取代長條狀硫化錳夾雜，使硫化物形態(tài)得到完全控制。鈣處理的鋼中仍然有長條狀的硫化錳存在，球化效果不如稀土處理。

力學(xué)性能和沖擊韌性

力學(xué)性能對(duì)比

選取1#試樣和2#試樣各2支進(jìn)行拉伸實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如表1所示。由結(jié)果可以看出，兩種處理方式下的力學(xué)性能變化不大，無顯著影響。

沖擊韌性對(duì)比

分別對(duì)1#試樣和2#試樣進(jìn)行室溫、0℃、20℃、-40℃、-60℃的沖擊實(shí)驗(yàn)（試樣為半試樣），見表2。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，1#試樣的沖擊韌性要優(yōu)于2#試樣，尤其是在-60℃時(shí)，1#試樣的沖擊功高于2#號(hào)試樣約30 J，可見經(jīng)稀土處理后的BG380C鋼具有更為良好的低溫沖擊韌性。

表1　力學(xué)性能對(duì)比

表2　沖擊實(shí)驗(yàn)結(jié)果

疲勞斷口

為了觀察1#試樣與2#試樣的疲勞斷口情況，研究疲勞斷裂與夾雜物的關(guān)系，選取1#、2#試樣各2支，在恒定載荷的條件下進(jìn)行疲勞實(shí)驗(yàn)。如表3所示，1#試樣的循環(huán)次數(shù)高于2#試樣。

通過掃描電鏡對(duì)1#試樣與2#試樣的疲勞斷口進(jìn)行分析，具體形貌如圖6和圖7所示?？梢郧宄乜吹剑?#試樣的疲勞斷口有間斷的河流花樣，為解理斷裂。而且疲勞斷口上存在稀土硫化物，但這不是疲勞斷裂的原因，裂紋是在大的交變載荷作用下產(chǎn)生擴(kuò)展的。2#試樣的疲勞斷口有韌窩存在，并且存在條狀的硫化錳夾雜，裂紋沿著夾雜物擴(kuò)展，條狀硫化錳夾雜是2#試樣疲勞斷裂的原因。

表3　疲勞實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

結(jié)束語

通過對(duì)稀土處理和鈣處理對(duì)BG380CL鋼金相組織、夾雜物、力學(xué)性能、沖擊韌性以及疲勞斷口的對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)由于稀土處理對(duì)球化硫化錳夾雜更為良好的效果，使得稀土處理后的BG380CL鋼具有良好的低溫沖擊韌性以及疲勞性能。

1） 稀土處理與鈣處理后的BG380CL金相組織相同，但是稀土處理對(duì)硫化錳夾雜的球化效果要優(yōu)于鈣處理。

2） 稀土處理的BG380CL鋼沖擊韌性高于鈣處理，尤其是低溫沖擊韌性。這是因?yàn)榧?xì)小、球形的稀土硫化物夾雜，分布在鋼的基體界面上，當(dāng)裂紋擴(kuò)展到夾雜物處時(shí)，稀土夾雜物減緩了應(yīng)力集中，使得夾雜不易脫離基體，阻礙了裂紋的擴(kuò)展。

3） 稀土處理和鈣處理的BG380CL鋼的疲勞斷口上，均存在夾雜物，但稀土硫化物不是造成疲勞裂紋擴(kuò)展的原因，條狀的硫化錳夾雜才是疲勞裂紋擴(kuò)展的直接原因。

圖6　1#試樣的疲勞斷口

圖7　2#試樣的疲勞斷口

［1］ 王龍妹，蘭德年，岳麗杰，等. 稀土元素在高強(qiáng)韌鋼中的作用及應(yīng)用前景. 稀土，2003，24（5）：10

［2］ 許中波. 鈣處理鋼水中非金屬夾雜物的形態(tài). 北京科技大學(xué)學(xué)報(bào)，1995，17（2）：125

［3］ 及占林. 鈣處理工藝對(duì)鋼中夾雜物變性的影響. 鋼鐵，2006，41（增刊2）：124

Comparison of Rare Earth Treatment and Calcium Treatment in BG380CL Steel

10.3969/j.issn.1000-6826.2016.05.08

陳宇（1983—），男，碩士研究生，工程師，專業(yè)方向?yàn)榻饘俨牧?。通信地址?17000 本鋼新產(chǎn)品研發(fā)院，E-mail：58168788@qq.com。

本鋼產(chǎn)品研究院，遼寧 本溪 117000