·246· 工程科学学报，第39卷，第2期 24m 2μm 24m 2四 图236及E36Re钢显微组织图.(a)E36钢纵向：(b)E36Re钢纵向：(c)E36钢横向：(d)E36Re钢横向 Fig.2 Microstructure of E36 and E36Re steel:(a)longitudinal of E36 steel;(b)longitudinal of E36Re steel;(e)transverse of E36 steel;(d) transverse of E36Re steel 增加导致珠光体片间距减小[2].此外，偏聚于晶界的 本接近[)]，并且其形状多为球状或椭球状能够减少 稀土与碳相结合，形成具有高熔点的ReC,、Re,C,等稀 应力集中.因此，稀土夹杂与钢基体具有良好的适配 土碳化物，使原本固溶在奥氏体中的碳含量相应减少， 性.在钢热加工变形的过程中，稀土夹杂仍保持着细 导致珠光体中碳含量减少，珠光体量也相应减少]. 小的球状或纺锤状，均匀的分布在钢中，可以避免钢材 并且稀土碳化物难以稳定存在，只能通过置换渗碳体 热加工冷却时在夹杂物周围产生较大的附加应力2]. 中的Fe原子形成合金渗碳体，使碳化物变短变粗，珠 因此，钢中夹杂物的变质能增加夹杂物与晶界抵抗裂 光体形貌显著退化[四] 纹形成与扩展的能力，有利于提高钢材的冲击 8.02 性能[2w) So=AT ×103 2.3钇基稀土对E36钢板冲击韧性的影响 式中：S。为珠光体片间距；△T为过冷度 2.3.1冲击性能 2.2钇基稀土对E36钢板夹杂物的变质作用 平均冲击功-温度曲线，即冲击功的韧脆性转变 未加稀土的E36钢板中发现有长条状的夹杂物， 曲线见图4.由图4(a)、4(b)可以看出，钇基稀土明显 如图3(a)所示，图3(b)能谱分析表明，这类长条状的 改善了36钢板的冲击性能，尤其是低温冲击性能. 夹杂物主要为Mns夹杂，长度约为20um,严重破坏了 在-60℃下，E36Re钢板的纵向冲击功较36钢板提 钢基体的连续性，可显著降低钢材的横向冲击韧 高了33.5%，横向冲击功提高了113.7%.另一方面， 性[2].图3(c)3(e)为E36Re钢板金相视场照片，由 钇基稀土处理对钢板横向冲击性能的改善作用更大， 图3(c)3(e)可以看出，加入钇基稀土后，改善了夹 如图4(c)所示，E36钢板的纵向冲击值均大于相应横 杂物的形貌和大小，形成了圆形或椭圆形的稀土夹杂 向冲击值的1.70倍，在-20℃下纵横冲击比显著增 物.图3(d)、3()能谱图进一步说明，稀土元素与钢 大，至低温-60℃下纵横冲击比达到2.77倍.而 液中的氧、硫元素反应形成了类球状稀土氧化物复合 E36Re钢板的纵、横冲击比为1.51~1.73，钇基稀土显 稀土硫氧化物夹杂，直径约为2~3m,长条状的MnS 著改善了钢板纵横向冲击性能的差异性 夹杂消失 2.3.2断口形貌 由此可见，36钢板中加入钇基稀土后，钢中的 -60℃温度下，E36及E36Re钢板冲击断口形貌 氧、硫与稀土元素发生作用，形成了稀土氧化物复合稀 如图5所示.由图5(a)、5(b)可知，未加稀土的E36 土硫氧化物夹杂，夹杂物的形貌和大小发生变化，稀土 钢板纵横向冲击断口呈现解理花样，表现为解理断口 元素起到了很好的变质夹杂物的作用.稀土夹杂物相 的特征，说明E36钢板在冲击时裂纹主要是穿晶扩 比较MS夹杂，其热膨胀系数和弹性模量与钢基体基 展.而加入稀土后，E36Re钢板纵向冲击断口区域呈工程科学学报,第 39 卷,第 2 期 图 2 E36 及 E36Re 钢显微组织图. (a) E36 钢纵向; (b) E36Re 钢纵向; (c) E36 钢横向; (d) E36Re 钢横向 Fig. 2 Microstructure of E36 and E36Re steel: (a)longitudinal of E36 steel; (b) longitudinal of E36Re steel; ( c) transverse of E36 steel; ( d) transverse of E36Re steel 增加导致珠光体片间距减小[20] . 此外,偏聚于晶界的 稀土与碳相结合,形成具有高熔点的 ReC3 、Re2C3等稀 土碳化物,使原本固溶在奥氏体中的碳含量相应减少, 导致珠光体中碳含量减少,珠光体量也相应减少[21] . 并且稀土碳化物难以稳定存在,只能通过置换渗碳体 中的 Fe 原子形成合金渗碳体,使碳化物变短变粗,珠 光体形貌显著退化[22] . S0 = 8郾 02 驻T 伊 10 3 . 式中:S0 为珠光体片间距; 驻T 为过冷度. 2郾 2 钇基稀土对 E36 钢板夹杂物的变质作用 未加稀土的 E36 钢板中发现有长条状的夹杂物, 如图 3(a)所示,图 3(b)能谱分析表明,这类长条状的 夹杂物主要为 MnS 夹杂,长度约为 20 滋m,严重破坏了 钢基体 的 连 续 性, 可 显 著 降 低 钢 材 的 横 向 冲 击 韧 性[23] . 图 3(c)、3(e)为 E36Re 钢板金相视场照片,由 图 3(c) 、3( e)可以看出,加入钇基稀土后,改善了夹 杂物的形貌和大小,形成了圆形或椭圆形的稀土夹杂 物. 图 3(d)、3( f)能谱图进一步说明,稀土元素与钢 液中的氧、硫元素反应形成了类球状稀土氧化物复合 稀土硫氧化物夹杂,直径约为 2 ~ 3 滋m,长条状的 MnS 夹杂消失. 由此可见,E36 钢板中加入钇基稀土后,钢中的 氧、硫与稀土元素发生作用,形成了稀土氧化物复合稀 土硫氧化物夹杂,夹杂物的形貌和大小发生变化,稀土 元素起到了很好的变质夹杂物的作用. 稀土夹杂物相 比较 MnS 夹杂,其热膨胀系数和弹性模量与钢基体基 本接近[24] ,并且其形状多为球状或椭球状,能够减少 应力集中. 因此,稀土夹杂与钢基体具有良好的适配 性. 在钢热加工变形的过程中,稀土夹杂仍保持着细 小的球状或纺锤状,均匀的分布在钢中,可以避免钢材 热加工冷却时在夹杂物周围产生较大的附加应力[25] . 因此,钢中夹杂物的变质能增加夹杂物与晶界抵抗裂 纹 形 成 与 扩 展 的 能 力, 有 利 于 提 高 钢 材 的 冲 击 性能[26] . 2郾 3 钇基稀土对 E36 钢板冲击韧性的影响 2郾 3郾 1 冲击性能 平均冲击功鄄鄄温度曲线,即冲击功的韧脆性转变 曲线见图 4. 由图 4(a)、4(b)可以看出,钇基稀土明显 改善了 E36 钢板的冲击性能,尤其是低温冲击性能. 在 - 60 益 下,E36Re 钢板的纵向冲击功较 E36 钢板提 高了 33郾 5% ,横向冲击功提高了 113郾 7% . 另一方面, 钇基稀土处理对钢板横向冲击性能的改善作用更大, 如图 4(c)所示,E36 钢板的纵向冲击值均大于相应横 向冲击值的 1郾 70 倍,在 - 20 益 下纵横冲击比显著增 大,至低温 - 60 益 下纵横冲击比达到 2郾 77 倍. 而 E36Re 钢板的纵、横冲击比为 1郾 51 ~ 1郾 73,钇基稀土显 著改善了钢板纵横向冲击性能的差异性. 2郾 3郾 2 断口形貌 - 60 益温度下,E36 及 E36Re 钢板冲击断口形貌 如图 5 所示. 由图 5( a)、5( b) 可知,未加稀土的 E36 钢板纵横向冲击断口呈现解理花样,表现为解理断口 的特征,说明 E36 钢板在冲击时裂纹主要是穿晶扩 展. 而加入稀土后,E36Re 钢板纵向冲击断口区域呈 ·246·