稀土能有效提高铸不锈钢韧性
众所周知，在钢材中添加适量的稀土元素会对材料的结构和性能产生重大影响。通常钢中稀土元素的添加量为0.05%~0.20%。由于稀土与铁的原子半径之比远超过15%，而且稀土与铁的电负性差异很大，这些都不利于固溶体的形成，所以稀土在钢中的溶解度非常低。钢中的稀土元素大部分以稀土化合物的形式存在，主要是稀土氧化物和稀土硫化物。
西安航空职业技术学院开展了在铸钢中添加稀土元素对其组织和性能影响的研究。他们以ZG35CrMnSi铸钢为试验材料，所用稀土添加剂为混合稀土。考虑到试料中含有一定量的硫和添加稀土元素时的损失，稀土添加范围为0.23%~0.38%，该添加量是指冶炼时钢水中添加的稀土总量。比较含有和不含稀土元素的两组样品的结构和性能。铸钢件在中频感应炉中熔炼，铸件采用熔模铸造制备。然后将试件加热到900°C+670°C空冷，然后加热至890℃油中淬火；然后570~630°C火。
对比试验结果表明，稀土对铸钢强度影响不大，但对铸钢韧性影响显着。冲击韧性提高43%，延伸率提高13.3%。显微组织检查表明，不含稀土元素的铸钢组织回火索氏体较粗，其晶粒度约为5；其中，灰色块状物为MnS夹杂物，并不分布在整个检测面。一般来说，MnS 的形貌大多是有棱角的。稀土元素铸钢的试样组织为均匀细回火的索氏体，晶粒度在8-9左右。表明添加稀土元素后，铸钢的组织可以得到细化。
另外，添加稀土元素后，钢的脱硫效果不明显，但对MnS的形貌影响较大。不添加稀土元素时，钢中的MnS呈带棱角的条状或块状；加入稀土元素后，硫化物呈近似球形，相对于不含稀土元素的样品分布较为分散，但仅在少数地方可以看到条状或块状的硫化物夹杂物。在不含稀土元素的试样断口上，MnS呈浓集状，呈树枝状。MnS夹杂区断裂主要为沿晶断裂，局部可见沿晶二次裂纹。
在含有稀土元素的样品中，断口为韧性穿晶断口。即使在硫化物集中的区域，基体金属仍然是韧性穿晶断裂。添加稀土元素的铸钢消除了枝晶状硫化物，使其变成球形或非角形棒材和块状稀土硫化物，有利于提高韧性。
有研究指出，稀土元素精炼的原理可能是由于以下原因：
(1)钢中加入稀土元素形成的硫化物和氧化物夹杂物，可成为钢的非自发晶核，可细化等轴晶，缩短柱状晶区。
(2)稀土元素在固相中的溶解度很小。一旦钢水凝固，稀土在生长晶体前部的液相中富集，阻止晶体生长，从而使晶粒细化。
(3)稀土元素容易在晶界富集，降低合金的界面张力，降低晶粒长大的驱动力，从而抑制奥氏体晶粒的长大。相应地，淬火形成的片状马氏体也较小。
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文章来源：@青蝠科技 作者：青蝠科技
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