稀土Ce对X100管线钢组织及耐腐蚀性能的影响

以X100管线钢为研究对象,在实验室条件下采用真空感应炉熔炼不同稀土Ce含量的试验钢,通过扫描电子显微镜、蔡司金相显微镜、电化学工作站以及X射线衍射仪研究了Ce对X100管线钢组织及耐腐蚀性能的影响。结果表明,Ce的加入使X100钢中MnS、Mn-Si-Al-O夹杂变性成Ce_(x)O_(y)、Mn-Si-Al-O-Ce夹杂,尺寸由4μm左右增大到10μm左右。Ce对X100试验钢显微组织具有明显的细化作用,在0~0.0049%范围内,试验钢组织随着Ce含量的提高逐渐细化。Ce的加入能够提高试验钢的腐蚀电位,降低其腐蚀电流密度,在3.5%NaCl溶液浸泡28 d条件下,试验钢腐蚀电流密度由未添加Ce时的4.6347 mA/cm^(2)降低至Ce含量为0.0049%时的3.7784 mA/cm^(2),Ce含量为0.0049%时的试验钢表现出较好的耐腐蚀性能。另外,Ce的加入能够有效提高腐蚀产物中α-FeOOH和Fe_(3)O_(4)的含量,增强对钢基体的保护作用,有利于提高试验钢的耐腐蚀性能。

Ce、Ti对不锈钢中MnS夹杂物的变性效果及耐腐蚀性能研究

不锈钢中MnS夹杂物极易诱发点蚀,严重恶化钢的耐腐蚀性能,实施MnS夹杂调控技术或改性技术是提高不锈钢耐腐蚀性能的有效途径。以S32550双相不锈钢为研究对象,在实验室条件下采用真空感应炉冶炼不同Ce、Ti含量的试验钢,通过JSM⁃6510型扫描电子显微镜、周期腐蚀失重实验、交流阻抗测试、Tafel极化曲线测试等检测方法,研究了微量Ce和Ti对不锈钢中MnS夹杂物的变性效果以及对不锈钢耐腐蚀性能的影响。结果表明:向钢中加入0.047%(质量分数,下同)Ce后,S32550钢中夹杂物由MnS变为Mn⁃S⁃Ce⁃O复合夹杂,夹杂物尺寸由14μm左右减小为3μm左右,腐蚀速率较未添加Ce时降低了63%;向钢中加入0.051%Ti后,夹杂物由MnS变为Mn⁃S⁃Ti⁃N复合夹杂,尺寸由14μm左右减小为4μm左右,腐蚀速率较未添加Ti时降低了33%;添加0.052%Ce和0.054%Ti后,夹杂物由MnS变为Mn⁃Ce⁃Ti⁃O复合夹杂,尺寸由14μm左右减小到2μm左右,腐蚀速率较未添加Ce和Ti时降低了76%。添加Ce、Ti均能够增大试验钢的容抗弧半径和自腐蚀电位,并降低自腐蚀电流,显著提高S32550钢的耐腐蚀性能,其中Ce的作用效果优于Ti,同时添加Ce和Ti的作用效果较单独添加Ce和Ti时显著。

稀土Ce及热处理对铸态U75V钢中夹杂物的影响

以铸态U75V为实验钢种,研究了向钢中添加稀土Ce、热处理工艺及二者共同作用对钢中以MnS为主的夹杂物的影响。结果表明,原始铸态U75V钢中主要有三类夹杂物:纯MnS、Al_(2)O_(3)-SiO_(2)-MnO复合夹杂物及MnS半包裹Al_(2)O_(3)-SiO_(2)的复合夹杂物;其平均尺寸为4.75μm,平均长宽比为1.27。将原始铸态U75V钢加热至1300℃保温1h后空冷,钢中夹杂物的种类和成分未发生明显变化,但夹杂物平均尺寸降低至3.8μm,降低了约20%,平均长宽比也减小约4.7%。向钢中添加0.0013%稀土Ce后,夹杂物成分复杂化,除了纯MnS以外,还有三种不同形态的含Ce夹杂物;与原始铸态U75V钢相比,添加稀土Ce后,夹杂物平均尺寸显著降低,减小了1.91μm(约40%),但长宽比略增(约1.6%)。向钢中添加稀土Ce再加热至1300保温1h后空冷,与原始铸态U75V钢相比,夹杂物平均尺寸降低约34%,长宽比降低约2.4%。综合对比,在U75V钢中添加0.0013%稀土Ce并对其进行1300℃保温1h后空冷处理,钢中MnS及相关夹杂物尺寸和长宽比均明显降低。

痕量稀土对Super304不锈钢冲击性能的影响

为研究痕量稀土对不锈钢冲击性能的影响,对含0.00028%Ce的Super304钢进行热力学计算判断稀土夹杂物形成类别,并分别进行固溶态、固溶时效态的室温、-20℃及-40℃冲击功及显微硬度测试,采用场发射扫描电镜及能谱对钢中稀土夹杂物的影响进行分析。热力学计算结果表明痕量稀土在实验钢中优先形成稀土硫氧化物和稀土氧化物,不形成稀土硫化物;生成稀土夹杂物的尺寸及形貌是影响冲击性能的主要因素;固溶态稀土实验钢的室温冲击功比不加稀土实验钢的平均值提高约9.9%,钢中生成圆滑细小的稀土硫氧化物是其室温冲击功提高的主要原因,加入钢中的痕量稀土有深脱氧的作用;固溶时效态两种实验钢的室温及低温冲击功数值呈现散点分布,冲击功数值没有显著差别,固溶时效态析出大尺寸的不规则稀土夹杂物对冲击性能没有明显改善。

稀土Ce对18Cr-5Ni-4Cu-N奥氏体不锈钢热压缩性能的影响

采用Gleeble-1500D热模拟机对加入质量分数0.006 3%Ce的18Cr-5Ni-4Cu-N奥氏体不锈钢进行热压缩测试,测定变形温度为1 273~1 473 K和应变速率为0.01~10 s^(-1)时热变形的应力-应变曲线,采用Zener-Hollomon参数法构建高温本构方程,计算能量耗散图,并且采用场发射扫描电镜对高温变形组织进行研究。结果表明:加入质量分数0.006 3%Ce的18Cr-5Ni-4Cu-N奥氏体不锈钢热变形激活能为437.85 kJ/mol,与未加稀土试验钢的变形激活能数值相比没有明显差异;能量耗损图表明加入质量分数0.006 3%Ce的试验钢热加工最优区域范围为1 370~1 473 K的温度范围内应变速率大于1 s^(-1),峰值效率大于0.2的区域;钢中的稀土复合夹杂随基体产生塑性变形改善了试验钢的加工性能。

Ce和退火对U75V钢中MnS夹杂物的影响

以U75V重轨钢为实验钢种,分别研究了热处理、稀土处理及二者共同处理对钢中MnS夹杂物的影响。结果表明:原始U75V钢中主要有3类夹杂物,即纯MnS、Al_(2)O_(3)-SiO_(2)-CaO-MnO复合夹杂和MnS半包裹的Al_(2)O_(3)-SiO_(2)-CaO复合夹杂,其平均长宽比为3.3,平均尺寸为4.5μm。经加热至1 200℃保温2 h再水冷后,钢中夹杂物的种类和成分没发生变化,但是球化作用显著,平均长宽比降为1.3,降低了约61%,平均尺寸也有所减少,减少了约25%;添加微量稀土Ce后,夹杂物种类和成分均复杂化,除了纯MnS以外,还发现了另外3种不同形态的含Ce夹杂物。与原始U75V相比,添加Ce后,夹杂物球化作用与退火处理效果相当,平均长宽比降为1.4,降低了约58%,但是对平均尺寸减小作用甚微,只减小了9%;进一步地,对添加Ce后的实验钢进行1 200℃保温2 h再水冷,夹杂物球化率没有变化,即平均长宽比仍为1.4。但是夹杂物平均尺寸进一步减小,与原始U75V钢相比,减小了1.4μm(约31%)。与单一添加稀土Ce的钢相比,夹杂物平均尺寸也减小了1μm(约24%)。仅就夹杂物球化率即降低长宽比来说,退火和添加稀土2种处理方式的效果相同,考虑其节能环保因素,后者更具明显优势。另一方面,从夹杂物细化方面来说,单一添加稀土Ce在本实验条件下效果不明显,要想使夹杂物尺寸更小,需要添加Ce结合热处理对U75V钢进行综合处理。

Ce含量对U75V钢力学性能的影响

利用真空感应炉冶炼了含有不同Ce含量的U75V钢,并对其进行热轧。借助Gleeble 1500型热压缩试验机、JB-300B型冲击试验机、HVS-1000硬度测试仪以及Stemi-508显微镜对实验钢的力学性能及显微组织进行了分析。结果表明,相同的压缩温度,由于加工硬化作用大于再结晶的软化作用,峰值应力随着压缩速率的增加而提升;相同的压缩速率,峰值应力随着压缩温度升高而降低。较高的变形温度有利于动态再结晶的发生,流变软化作用更加显著。添加微量稀土后实验钢峰值应力略微降低,由109.54 MPa降至104.05 MPa,降低了5%,说明添加微量稀土Ce后实验钢的塑性略微提升。随着压缩温度的提升添加多量稀土与微量稀土实验钢的峰值应力没有发生明显变化,即实验钢的塑性没有明显变化。未添加稀土时,当应变速率不变时,峰值应变随变形温度的升高而呈降低趋势。而添加稀土后,压缩温度为1050℃时峰值应变均延迟发生,说明添加稀土Ce改变了U75V钢动态再结晶的驱动力条件。添加稀土会使U75V钢的常温冲击性能降低,微量稀土可以一定程度地提升其低温(-20℃)冲击性能,但是添加过量稀土后实验钢的常温和低温冲击性能均会降低。原始U75V钢的硬度为948.8 N/mm^(2),大大超出国标规定的硬度范围。添加质量分数为13×10^(-6)的稀土Ce后硬度降低为368 N/mm^(2),添加440×10^(-6)稀土Ce后硬度进一步减小至327 N/mm^(2)。加入微量稀土元素后有助于U75V钢硬度降低至国标范围的中值。实验钢加入稀土元素,珠光体晶粒尺寸减小,粒状珠光体的数量减少,片状珠光体的数量增加,有利于提高实验钢的力学性能。