习小军等：钇基稀土对36钢板显微组织及冲击性能的影响 ·245· 飞速发展，稀土在钢中作用机理的研究也取得了较大 1试验材料与方法 的进展[).稀土对钢材冲击性能的影响一直是冶金工 作者的研究热题.前人研究表明[2-]，稀土主要通过净 1.1试验用钢的制备 化钢液及变质夹杂来提高钢材的冲击性能.但是，随 试验用钢取自南方某钢厂生产的E36钢板，其工 着冶炼设备的不断更新以及冶炼水平的不断提高，钢 业化生产流程为：高炉一铁水预处理一转炉一LF精 中稀土元素微合金化作用受到治金学者的关注.Lu 炼一连铸一入库一加热一除磷一轧制.其中，试验用 等o研究表明，低碳钢中加入稀土元素La和Ce能够E36Re钢板通过在LF精炼过程中喂入钇基稀土包芯 净化晶界、细化晶粒、增加铁素体含量，从而改善钢材线，钇基稀土包芯线成分如表1.为了分析比较钇基稀 的冲击性能.Lan等[)发现稀土元素Ce能够改善 土对36钢板冲击性能的影响，本试验确保未加稀土 CH13模具钢的枝晶组织、减少合金元素的偏析度，改 的E36钢板与加稀土的E36Re钢板的基础成分相同， 善钢材的冲击性能.杨吉春课题组[]研究发现稀土 并且轧制工艺及加热方式均相同.其中连铸坯厚度为 Ce能减少A36船板钢中珠光体量，使珠光体组织更加248mm,初轧共计10个道次，压下率为67.7%，初轧过 均匀，显著改善船板钢冲击韧性.目前，轻稀土元素改 程开轧温度为1091℃，终轧温度为1059℃.精轧共计 善不锈钢[9-o)、管线钢-1)、重轨钢3-16]以及船板 9个道次，压下率为63.8%，精轧过程开轧温度为816 钢⑧，冲击性能的研究较多，但是运用钇基稀土改善 ℃，终轧温度为790℃，轧后空冷.试验用钢的化学成 高强船板钢冲击性能的研究还未见报导.本文在借鉴 分如表2所示 前人研究的基础上，通过LF精炼过程中喂人钇基稀 表1钇基稀土包芯线化学成分（质量分数） 土包芯线.针对钇基稀土处理高强度E36钢板，进行 Table 1 Chemical composition of Y-base rare earth packet core 夏比冲击试验并借助扫描电镜以及能谱分析来探索 Ce La Si Ca Fe 钇基稀土改善E36钢板显微组织及冲击性能的 15.09 7.55 2.51 39.39 1.42 34.04 机理. 表236及E36Re钢板化学成分（质量分数） Table 2 Chemical composition of E36 and E36Re steel plate % 钢板 Mn Cx 少 Mo A C Y E36 0.075 0.118 1.479 0.005 0.024 0.062 0.014 0.005 0.034 0 0 E36Re 0.078 0.233 1.446 0.003 0.020 0.081 0.014 0.007 0.039 0.006 0.023 1.2试验方法 按照国标GB/T2975规定，在钢板宽度方向的1/4 轧制方向 处切取冲击试样.V型冲击试样的尺寸为55mm×10 宽度 mm×l0mm,V型槽的开槽方向与轧制面垂直，其中， 纵向冲击试样与轧制方向平行，横向冲击试样与轧制 1/4宽度 纵向试样 方向垂直，如图1所示.采用Quanta扫描电镜及能谱 仪对冲击试样进行断裂机理分析，研究钇基稀土对 横向试样 E36钢板冲击性能的影响.采用ZEISS UITRA55扫描 图1取样示意图 电镜及能谱仪对显微组织及夹杂物的形貌进行观察测 Fig.1 Sampling schematic diagram of impact specimen 定，研究钇基稀土对显微组织的影响及钇基稀土对夹 杂物的变质作用. 由于稀土元素与钢液中非金属元素之间存在极化 作用，导致其原子半径减小，因而钇基稀土能够在钢中 2试验结果与讨论 固溶].固溶在钢中的稀土主要在晶界偏聚，降低了 2.1钇基稀土对36钢板显微组织的影响 晶界张力和界面能，晶粒长大的驱动力减小，奥氏体晶 E36及E36Re钢板的显观组织如图2所示.由 粒长大受到限制，把奥氏体晶粒长大推移到更高的温 图2可知，E36钢板的显微组织主要为铁素体和珠 度范围[6].奥氏体晶粒得到细化，增加了晶界的总面 光体.加入钇基稀土后，珠光体组织片间距减小， 积，也即增加了珠光体的形核位置，从而细化了珠光体 并且珠光体表现为退化态，如图2(b)所示.此外， 组织，珠光体片间距也相应减小].另一方面，稀土 E36Re钢板中珠光体量较E36钢板有所减少，如图 在晶界偏聚，阻碍了碳原子的扩散，延长了珠光体的转 2(d)所示. 变的孕育期，导致过冷度增加，根据下文公式，过冷度习小军等: 钇基稀土对 E36 钢板显微组织及冲击性能的影响 飞速发展,稀土在钢中作用机理的研究也取得了较大 的进展[1] . 稀土对钢材冲击性能的影响一直是冶金工 作者的研究热题. 前人研究表明[2鄄鄄5] ,稀土主要通过净 化钢液及变质夹杂来提高钢材的冲击性能. 但是,随 着冶炼设备的不断更新以及冶炼水平的不断提高,钢 中稀土元素微合金化作用受到冶金学者的关注. Liu 等[6]研究表明,低碳钢中加入稀土元素 La 和 Ce 能够 净化晶界、细化晶粒、增加铁素体含量,从而改善钢材 的冲击性能. Lan 等[7] 发现稀土元素 Ce 能够改善 CH13 模具钢的枝晶组织、减少合金元素的偏析度,改 善钢材的冲击性能. 杨吉春课题组[8] 研究发现稀土 Ce 能减少 A36 船板钢中珠光体量,使珠光体组织更加 均匀,显著改善船板钢冲击韧性. 目前,轻稀土元素改 善不 锈 钢[9鄄鄄10] 、 管 线 钢[11鄄鄄12] 、 重 轨 钢[13鄄鄄16] 以 及 船 板 钢[8,17]冲击性能的研究较多,但是运用钇基稀土改善 高强船板钢冲击性能的研究还未见报导. 本文在借鉴 前人研究的基础上,通过 LF 精炼过程中喂入钇基稀 土包芯线. 针对钇基稀土处理高强度 E36 钢板,进行 夏比冲击试验并借助扫描电镜以及能谱分析来探索 钇基稀 土 改 善 E36 钢 板 显 微 组 织 及 冲 击 性 能 的 机理. 1 试验材料与方法 1郾 1 试验用钢的制备 试验用钢取自南方某钢厂生产的 E36 钢板,其工 业化生产流程为:高炉—铁水预处理—转炉—LF 精 炼—连铸—入库—加热—除磷—轧制. 其中,试验用 E36Re 钢板通过在 LF 精炼过程中喂入钇基稀土包芯 线,钇基稀土包芯线成分如表 1. 为了分析比较钇基稀 土对 E36 钢板冲击性能的影响,本试验确保未加稀土 的 E36 钢板与加稀土的 E36Re 钢板的基础成分相同, 并且轧制工艺及加热方式均相同. 其中连铸坯厚度为 248 mm,初轧共计10 个道次,压下率为67郾 7% ,初轧过 程开轧温度为 1091 益 ,终轧温度为 1059 益 . 精轧共计 9 个道次,压下率为 63郾 8% ,精轧过程开轧温度为 816 益 ,终轧温度为 790 益 ,轧后空冷. 试验用钢的化学成 分如表 2 所示. 表 1 钇基稀土包芯线化学成分 (质量分数) Table 1 Chemical composition of Y鄄base rare earth packet core % Y Ce La Si Ca Fe 15郾 09 7郾 55 2郾 51 39郾 39 1郾 42 34郾 04 表 2 E36 及 E36Re 钢板化学成分(质量分数) Table 2 Chemical composition of E36 and E36Re steel plate % 钢板 C Si Mn S P Cr Ni Mo Al Ce Y E36 0郾 075 0郾 118 1郾 479 0郾 005 0郾 024 0郾 062 0郾 014 0郾 005 0郾 034 0 0 E36Re 0郾 078 0郾 233 1郾 446 0郾 003 0郾 020 0郾 081 0郾 014 0郾 007 0郾 039 0郾 006 0郾 023 1郾 2 试验方法 按照国标 GB/ T2975 规定,在钢板宽度方向的 1 / 4 处切取冲击试样. V 型冲击试样的尺寸为 55 mm 伊 10 mm 伊 10 mm,V 型槽的开槽方向与轧制面垂直,其中, 纵向冲击试样与轧制方向平行,横向冲击试样与轧制 方向垂直,如图 1 所示. 采用 Quanta 扫描电镜及能谱 仪对冲击试样进行断裂机理分析,研究钇基稀土对 E36 钢板冲击性能的影响. 采用 ZEISS UITRA 55 扫描 电镜及能谱仪对显微组织及夹杂物的形貌进行观察测 定,研究钇基稀土对显微组织的影响及钇基稀土对夹 杂物的变质作用. 2 试验结果与讨论 2郾 1 钇基稀土对 E36 钢板显微组织的影响 E36 及 E36Re 钢板的显观组织如图 2 所示. 由 图 2 可知,E36 钢板的显微组织主要为铁素体和珠 光体. 加入钇基稀土后,珠光体组织片间距减小, 并且珠光体表现为退化态,如图 2 ( b) 所示. 此外, E36Re 钢板中珠光体量较 E36 钢板有所减少,如图 2( d) 所示. 图 1 取样示意图 Fig. 1 Sampling schematic diagram of impact specimen 由于稀土元素与钢液中非金属元素之间存在极化 作用,导致其原子半径减小,因而钇基稀土能够在钢中 固溶[18] . 固溶在钢中的稀土主要在晶界偏聚,降低了 晶界张力和界面能,晶粒长大的驱动力减小,奥氏体晶 粒长大受到限制,把奥氏体晶粒长大推移到更高的温 度范围[16] . 奥氏体晶粒得到细化,增加了晶界的总面 积,也即增加了珠光体的形核位置,从而细化了珠光体 组织,珠光体片间距也相应减小[19] . 另一方面,稀土 在晶界偏聚,阻碍了碳原子的扩散,延长了珠光体的转 变的孕育期,导致过冷度增加,根据下文公式,过冷度 ·245·