202不锈钢中稀土ce对冲击韧性的影响(学习材料九十六)

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1、学习材料（九十六）202不锈钢中稀土Ce对冲击韧性的影响蔡国君董方（内蒙古科技大学材料与冶金学院内蒙古包头014010）摘要通过扫描电镜、能谱分析和力学性能检测，研究了加入稀土Ce后202不锈钢冲击韧性的变化情况。研究结果表明：钢中加入稀土Ce可改变夹杂物形态，并且在一定范围内可显著提高202不锈钢的冲击韧性。当钢中稀土Ce的质量分数为0.016%时，202不锈钢可获得最佳的冲击韧性。关键词202不锈钢夹杂物形态冲击韧性铬锰系奥氏体不锈钢是在18-8铬镍不锈钢的基础上加入锰、氮替代部分贵重金属镍，国际上称为202系列不锈钢[1]，202（1Cr18

2、Mn8Ni5N）不锈钢即为其中的一种，在消费品领域大量使用。目前，铬和镍资源紧缺成为我国发展传统奥氏体不锈钢的瓶颈，在研究节镍不锈钢这方面，我国尚处于起步阶段，与国外发达国家相比有很大差距，充分利用我国丰富的稀土资源优势开发节镍型不锈钢新材料对社会经济的可持续发展有着重要的意义。近年来，一些200系列不锈钢产品在使用过程中常会发生腐蚀断裂，经分析是断口表面因硫化锰夹杂物脱落而形成的条状凹坑所致，这是内部夹杂物与应力腐蚀共同作用的结果。由于内部夹杂物与应力腐蚀导致202不锈钢的断裂，造成了其冲击韧性大幅下降，本研究于2009年初，通过向202不锈钢中

3、添加稀土元素Ce，改变夹杂物的形态、净化晶界来提高其冲击韧性。目前，内蒙古华业特钢公司正在研究将稀土Ce添加到200系列不锈钢内，用以提高其耐腐蚀性能及力学性能。1实验方法实验采用202不锈钢（1Cr18Mn8Ni5N）为原料，稀土添加剂为纯Ce（w(Ce)≥99.9%）。在10kg中频感应炉内冶炼不同稀土含量的实验钢，实验钢的化学成分见表1，其中稀土元素是采用电感耦合等离子体质谱仪（ICPMS）分析得出。表1试验钢的成分试样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将冶炼好的钢锭进行锻造，开锻温度1150～1200℃，终锻温度825～950℃，试样由Φ80mm锻成25mm×25mm方坯，然后固溶热处理，初期快速升温，700℃以后缓慢升温（200℃/h以下）至保温温度，在1150℃保温2h后快速水冷至室温。

5、实验钢的冲击韧性采用夏比V形缺口冲击试样，在JB-30B型冲击试验机上测定。利用QUANTN400型扫描电镜（SEM）观察钢中夹杂物的形态与钢的冲击断口形貌，同时使用X-射线能谱仪（EDS）对夹杂物的化学成分进行定性分析。2结果与讨论5学习材料（九十六）2.1冲击试验结果分析图1为钢中稀土含量与冲击韧性的关系图，可以看出，加入稀土Ce的2号、3号、4号试样的冲击功分别比1号试样提高了62.1%、49.5%和22.3%，随着钢中稀土含量的增加，冲击吸收功不断增加，钢的冲击韧性得到了显著提高，而稀土含量最多的5号试样的冲击功却比4号试样下降了将近一半。

6、202不锈钢中加入稀土Ce提高了冲击功的原因是稀土可使钢中塑性的硫化物夹杂变质为弥散分布的细小球状稀土夹杂物，均匀分布在钢中，固溶的稀土起到净化晶界、强化晶界的作用[2]，改善了钢的横向冲击韧性。其次，稀土细化了晶粒，增加了碳、氮的溶解度，降低其脱溶量，使之不能脱溶进入内应力区或晶体缺陷中去，减少了钉扎位错的间隙原子数目[3]，因而提高了钢的冲击韧性。当稀土Ce质量分数为0.016%时，实验钢具有最佳的冲击韧性，而当加入过量稀土Ce，则会造成202不锈钢的冲击韧性大幅度下降，这是由于当钢中稀土氧化物已经析出，硫化物已被稀土夹杂物取代后，钢中的稀土超

7、过固溶度时，少量稀土金属间化合物沿钢的晶界析出，这些沿晶界分布的金属间化合物一般熔点较低，将导致钢的热脆，从而降低钢的冲击韧性[4]。2.2夹杂物形态分析图2为通过扫描电镜观察到的钢中夹杂物形貌及能谱分析。从图2(a)中可以看到，15学习材料（九十六）（a）1号样：MnS；（b）3号样：稀土多相夹杂物；（4）4号样：稀土硫氧化物图2202不锈钢中夹杂物形貌和X-射线能谱分析号试样中存在着长条状夹杂物，由能谱分析测定，可知长约22μm的长条状夹杂物是MnS。从图2(b)中可以看到，3号试样中串状夹杂物，长约12μm，经能谱分析测定应为稀土硫化物及稀土

8、硫氧化物组成的多相夹杂物。这一多相夹杂物是由多个0.3～0.5μm数量级的球状细小的夹杂物所组成的，由于稀土的高吸附作用，