D0I:10.13374/i.issn1001-053x.2004.03.013 第26卷第3期 北京科技大学学报 Vol.26 No.3 2004年6月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jun.2004 残余元素锡、锑对34CrN3Mo钢冲击韧性的 影响及稀土镧的改善作用 严春莲王福明魏利娟傅强吴承建 北京科技大学治金与生态工程学院，北京100083 摘要利用B-30B型冲击试验机研究了不同含量的残余元素锡、锑及稀土镧对低氧、低硫 的34CNi3Mo钢冲击韧性的影响：采用SEM及EDS手段研究了稀土镧对不同锡、锑含量钢的 断裂方式的影响以及在钢中形成化合物的情形.结果表明：稀土金属可以明显改善低氧、低 硫钢中残余元素对钢性能的危害：镧可与钢中的残余元素作用形成复合相且分布均匀， 关键词残余元素；稀土；冲击韧性 分类号TG142.1*3,TG115.56 由于残余元素锡、锑、砷等在常规炼钢方法 韧性的影响及稀土元素所起的改善作用. 中很难去除，所以在废钢的循环利用过程中，这 些元素在钢中含量不断增加.近年来钢中残余元 1实验部分 素导致的连铸坯和钢质量问题日益引起国际钢 1.1实验用钢的制备 铁界的高度重视.研究表明，在一定温度回火、回 火后冷却或时效过程中磷、锡、锑和碑等有害元 原料（纯铁）中O和$含量较高，为了冶炼洁 素易在奥氏体晶界处偏聚"，特别是其含量较高 净钢，必须进行专门的脱氧、脱硫处理.冶炼在10 时，回火后急冷处理也很难充分抑制这种偏聚， kg非真空感应炉完成，通过采用加铝、金属钙及 使钢的冲击韧性大为降低，脆性断裂趋势增大， 喂丝（含渣料的丝）达到降低氧、硫含量的目的. 34CrNi3Mo钢是普遍采用的大型汽轮机整锻 然后，在母料中配加一定量的合金元素（其中铜、 低压转子钢.这种钢需要在约400℃左右的温度 锡、锑纯度>99.5%，铬、镍、钼、碳纯度>99%，硅纯 区间长期运行，不可避免地引起回火脆性，带来 度>99.99%，稀土镧的纯度为98.5%)，以获得不同 长期时效脆化的问题.早期研究提出，向钢中添 锡、锑含量和镧含量水平的34CrNi3Mo钢.冶炼 加少量稀土元素可以改善由P及残余元素引起 在10kg真空感应炉完成，真空度1.8×10Pa,治 的Cr-Mo系合金钢回火脆性2)，并且证明稀土金 炼时通氩气保护.得到试样的成分见表1. 属镧确实能和钢中含量较低的锡作用生成化合 钢锭均热后在1200℃锻成13mm×13mm× 物，不过当时的研究有限，对钢中的氧、硫含量 300mm方棒，退火处理后加工成11mm×11 并没有严格的控制.为此，本文考察了低氧、低硫 mm×57mm的冲击试样毛坯.在时效脆化后加工 条件下，34CrNi3Mo钢中锡、锑含量变化对冲击 成标准夏氏冲击缺口样. 表1试样钢的化学成分（质量分数） Table 1 Chemical composition of the tested steel % 试样 C Si 0 Cr Ni Mo Sn Sb La A 0.35 0.23 0.00110.001 0.90 2.8 0.30 B 0.34 0.22 0.0004 0.001 0.90 2.8 0.30 0.031 0.028 C 0.32 0.23 0.0004 0.001 0.90 2.8 0.30 0.029 0.036 0.046 D 0.31 0.22 0.0004 0.001 0.90 2.8 0.30 0.050 0.049 0.046 收稿日期2003-09-10 严春莲女，24岁，硕士研究生 +国家自然科学基金委和宝钢共同设立的“钢铁研究联合基金”资助(N0.50174005)第 2 6 卷 第 3 期 2 0 0 4 年 6 月 北 京 科 技 大 学 学 报 OJ u r n a l o f U n vi e r s iyt o f s e i e n e e a n d Te e h n o of yg B e ij i n g V b l 一 2 6 N 0 . 3 J U n 。 2 0 0 4 残余元素锡 、 锑对 3 4 C r N 3i M O 钢冲击韧性的 影响及稀土斓 的改善作用 严 春 莲 王 福 明 魏利 娟 傅 强 吴 承建 北京科 技大 学冶 金与 生态 工程 学 院 , 北 京 10 0 0 83 摘 要 利用 BJ 一 3 0B 型 冲击 试验 机研 究 了不 同含量 的残余 元 素锡 、 锑及 稀土 斓对 低氧 、 低 硫 的 3 4 C rN i3 M o 钢 冲 击韧 性 的影 响 ; 采用 S E M 及 E D S 手段 研究 了稀 土 斓对 不 同锡 、 锑含 量钢 的 断裂 方式 的影 响 以及 在钢 中形 成化 合物 的情 形 . 结 果表 明 : 稀土 金属 可 以 明显改 善低 氧 、 低 硫钢 中残 余元 素对 钢 性 能的危 害 ; 铜 可 与钢 中 的残余 元 素作 用形 成复 合相 且 分布 均匀 . 关键 词 残余 元 素; 稀 土 ; 冲击 韧 性 分 类号 T G 14 2 . 1 + 3 , T G 1 1 5 . 5 + 6 由于 残 余元 素 锡 、 锑 、 砷等 在 常 规炼 钢 方法 中很 难 去 除 , 所 以在废 钢 的循 环 利 用过 程 中 , 这 些元 素在 钢 中含 量不 断增 加 . 近 年 来钢 中残 余元 素 导致 的连 铸 坯 和 钢 质 量 问题 日益 引起 国际钢 铁界 的 高度 重视 . 研究表 明 , 在 一定温 度 回火 、 回 火后 冷 却 或 时效 过程 中磷 、 锡 、 锑 和 砷等 有 害 元 素 易在 奥 氏体 晶界 处偏 聚 `l] , 特 别 是 其 含量 较 高 时 , 回火 后 急冷 处 理 也很 难 充 分抑 制 这 种偏 聚 , 使钢 的冲 击韧 性 大 为 降低 , 脆 性 断裂趋 势 增 大 . 3 4 CNr i3 M o 钢 是 普遍 采用 的大 型汽 轮 机整锻 低压 转 子 钢 . 这 种 钢 需要 在 约 4 0叭二左 右 的温 度 区 间长 期 运行 , 不 可 避免 地 引起 回火 脆性 , 带 来 长 期 时效 脆化 的 问题 . 早期 研 究提 出 , 向钢 中添 加 少量 稀 土元 素 可 以改善 由 P 及 残 余 元素 引起 的 C卜M 。 系 合金 钢 回 火脆性 `, , ” , 并 且证 明稀 土 金 属 斓 确 实 能和 钢 中含 量 较 低 的锡 作 用 生 成 化 合 物 科, , 不 过 当时 的研 究有 限 , 对 钢 中的氧 、 硫 含 量 并 没有 严 格 的控 制 . 为此 , 本文 考 察 了低 氧 、 低 硫 条 件 下 , 34 C Nr i3 M o 钢 中锡 、 锑 含量 变 化对 冲 击 韧 性 的影 响及 稀 土 元 素所 起 的改 善作 用 . 实 验 部分 实验 用 钢 的 制备 原 料 ( 纯 铁 ) 中 0 和 S 含量 较 高 , 为 了冶 炼洁 净 钢 , 必须 进行 专 门的脱氧 、 脱 硫 处理 . 冶 炼在 10 kg 非 真 空感 应 炉 完成 , 通 过采 用 加 铝 、 金 属钙 及 喂 丝 ( 含渣 料 的丝 ) 达 到 降低 氧 、 硫 含 量 的 目的 , 然 后 , 在母 料 中配 加 一定量 的合金 元素 (其 中铜 、 锡 、 锑 纯度 > 9 . 5% , 铬 、 镍 、 铝 、 碳 纯度> 9 % , 硅纯 度 > 9 . 9 % , 稀土 斓 的纯 度 为 98 . 5% ) , 以获得 不 同 锡 、 锑 含 量和 斓 含 量水 平 的 34 CNr i3 M 。 钢 . 冶炼 在 10 gk 真 空感 应 炉 完成 , 真 空度 1 . 8 xl 0 一 , P a , 冶 炼 时通氨 气 保 护 , 得 到 试样 的成 分 见表 1 . 钢 锭 均 热 后 在 1 2 0 0 ℃ 锻 成 13 nu x l 3 m m x 3 0 ~ 方 棒 , 退 火 处 理 后 加 工 成 n r n 们n x l In ln 巧 7 r n l n 的冲击 试 样 毛 坯 . 在 时效脆 化 后 加 工 成 标 准 夏 氏冲 击 缺 口 样 , 表 1 试样 钢 的化 学成 分 (质 量分 数 ) aT b le 1 C h e m i e a l e o m P o s it o n o f t h e t e s t e d s t e e l 试 样 C 5 1 C r N M O S n S b L a 0 3 5 0 . 3 4 0 . 3 2 0 . 3 1 0 . 2 3 0 . 2 2 0 . 2 3 0 . 2 2 0 . 0 0 1 1 0 . 0 0 0 4 0 . 00 0 4 0 . 0 0 0 4 0 . 0 0 1 0 . 0 0 1 0 . 0 0 1 0 . 0 0 1 0 . 9 0 0 . 9 0 0 . 9 0 0 . 9 0 0 . 3 0 0 3 0 0 . 3 0 0 . 3 0 0 . 0 3 1 0 . 0 2 9 0 . 0 5 0 0 . 0 4 6 0 . 0 4 6 ē袄R八à :; 2 勺乙内, ù ABCD 收稿 日期 2 0 03 刁 9 一 10 严 春莲 女 , 24 岁 , 硕士研 究 生 * 国家 自然 科学基 金委和 宝钢 共 同设立 的 “ 钢铁 研究 联合基 金 ” 资助 ( N o 5 01 7 4 0 0 5) DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 2004. 03. 013