第5期 刘晓等：稀土对2C13不锈钢夹杂物的变质及对冲击韧性的影响 607 夹杂物含有FeSC和M元素，为MnS等硫化物 夹杂物的形态和大小，形成了圆形或椭圆形的稀 夹杂.此类杂物形状极不规范。呈长条状，长约 土夹杂物.图3(b)中的能谱图进一步说明，稀土 14μ四对钢的性能极其有害，可显著降低钢的横向 元素Ce与硫化物夹杂反应，生成椭球状的稀土 冲击韧性%. 硫氧化物，直径为5~8μ四长条状的硫化物夹杂 图3和图4是2钢中稀土夹杂物的扫描电 基本消失：由图4中的能谱分析可知，化合物为 镜照片和能谱图.由两图中的电镜照片可见， 球状的稀土硫氧化物与稀土硅酸盐夹杂形成的 2C13不锈钢中加入稀土元素C后，C改善了 稀土复合夹杂 (a) 500 4000 200 100 0 0 能量keV 图32钢中的稀土硫氧化物SM形貌（两及其能谱(b) Fig 3 SEM mage a)and EDS spectmm b)of mare earth osulfide inc lusions in Steel2 Ce 600 500 400 Si 300 200 100 能量keV 图42钢中的稀土复合夹杂SM形貌（两及其能谱(b) F4 SFM mage a)and EDS pectrum b)of rare earth complex nc usons in Steel2 由此可见，钢中加入稀土后，硫化物与稀土元素 2.2稀土对2C13不锈钢横向冲击性能的影响 发生作用，形成了稀土硫氧化物夹杂，使夹杂物的形 表2为1和2钢的横向冲击实验数据.从表中 貌和大小发生了改变起到了很好的变质夹杂的作 可以看到，稀土大幅度地提高了2C13不锈钢的横 用.相比于MS夹杂，稀土夹杂物线膨胀系数和弹 向冲击功：加入稀土使20℃时的横向冲击功提高 性模量与基体相近，而且其形状多为圆形或椭圆形， 20%,一20℃时提高47.46%，一40℃时提高约 具有良好的形态与分布，减小了应力集中，因此与基 54.55%.稀土明显改善了钢的横向冲击性能. 体有较好的适配性.稀土化合物在钢热加工变形 表2实验钢横向冲击性能 时，仍保持细小的球形或纺锤形，较均匀地分布在钢 Table 2 Transverse mpact properties of experm ental steels 材中，可以避免钢材热加工冷却时在夹杂物周围产 冲击功.Av/J 生大的附加应力.因此，夹杂的变质能增加夹杂物 钢种 20℃ 0℃ -20℃ -40℃ 与晶界抵抗裂纹形成和扩展的能力，有利于提高钢 1 100 85 59 44 的综合力学性能【9。 1 120 96 87 68第 5期 刘 晓等:稀土对 2Cr13不锈钢夹杂物的变质及对冲击韧性的影响 夹杂物含有 Fe、S、Cr和 Mn元素, 为 MnS等硫化物 夹杂.此类杂物形状极不规范, 呈长条状, 长约 14 μm,对钢的性能极其有害 ,可显著降低钢的横向 冲击韧性 [ 9] . 图 3和图 4 是 2 #钢中稀土夹杂物的扫描电 镜照片和能谱图 .由两图中的电镜 照片可见 , 2Cr13 不锈钢中加入稀土元素 Ce后 , Ce改善了 夹杂物的形态和大小 , 形成了圆形或椭圆形的稀 土夹杂物 .图 3(b)中的能谱图进一步说明 , 稀土 元素 Ce与硫化物夹杂反应 , 生成椭球状的稀土 硫氧化物 , 直径为 5 ～ 8 μm, 长条状的硫化物夹杂 基本消失 ;由图 4 中的能谱分析可知 , 化合物为 球状的稀土硫氧化物与稀土硅酸盐夹杂形成的 稀土复合夹杂 . 图 3 2 #钢中的稀土硫氧化物 SEM形貌(a)及其能谱(b) Fig.3 SEMimage(a)andEDSspectrum(b)ofrareearthoxysulfideinclusionsinSteel2 # 图 4 2 #钢中的稀土复合夹杂 SEM形貌(a)及其能谱(b) Fig.4 SEMimage(a)andEDSspectrum(b)ofrareearthcomplexinclusionsinSteel2 # 由此可见,钢中加入稀土后 ,硫化物与稀土元素 发生作用,形成了稀土硫氧化物夹杂 ,使夹杂物的形 貌和大小发生了改变, 起到了很好的变质夹杂的作 用 .相比于 MnS夹杂 ,稀土夹杂物线膨胀系数和弹 性模量与基体相近,而且其形状多为圆形或椭圆形 , 具有良好的形态与分布,减小了应力集中 ,因此与基 体有较好的适配性 .稀土化合物在钢热加工变形 时 ,仍保持细小的球形或纺锤形 ,较均匀地分布在钢 材中, 可以避免钢材热加工冷却时在夹杂物周围产 生大的附加应力.因此 , 夹杂的变质能增加夹杂物 与晶界抵抗裂纹形成和扩展的能力, 有利于提高钢 的综合力学性能 [ 10] . 2.2 稀土对 2Cr13不锈钢横向冲击性能的影响 表 2为 1 #和 2 #钢的横向冲击实验数据.从表中 可以看到 ,稀土大幅度地提高了 2Cr13不锈钢的横 向冲击功 :加入稀土使 20 ℃时的横向冲击功提高 20%, -20 ℃时提高 47.46%, -40 ℃时提高约 54.55%.稀土明显改善了钢的横向冲击性能 . 表 2 实验钢横向冲击性能 Table2 Transverseimpactpropertiesofexperimentalsteels 钢种 冲击功, Akv/J 20℃ 0℃ -20℃ -40℃ 1 # 100 85 59 44 2 # 120 96 87 68 · 607·