稀土对B级钢组织和低温韧性的影响研究
时间：2023-01-18 13:00:08 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
孙宇
唐山工业职业技术学院 机械工程系，河北唐山，063200
B级钢是生产中常用的一种钢材，具有较好的应用价值，具备锻造、冶炼、热处理和焊补等工艺性能，可以广泛地用于货运列车摇枕和侧架的施工中[1]。通过B级钢的合理利用，可以为相关行业的健康发展奠定基础。本文对稀土对B级钢组织和低温韧性的影响进行研究，旨在发挥稀土的性能，提升B级钢功能，确保B级钢的有效利用[2]。
1.1 稀土
稀土是由元素周期表中镧系元素和钪、钇共计17种以上的元素组成的，稀土是一种珍贵的矿产资源，广泛用于军事、船舶制造、冶金、石油化工、玻璃陶瓷及农业等领域，具有较高的应用价值。如果将稀土应用到镁、铝、铜、锌等合金中，能有效提升该合金的室温及高温的机械性能，确保钢铁的性能可靠。
1.2 B级钢
B级钢是一种重要的金属材料，屈服强度485、延伸260、收缩24、冲击36和硬度20。
B级钢具有较好的冶炼、热处理和焊补等工艺性能，所以实际的利用中，通过合理的工艺处理，就能使得B级钢达成目标形态，便于B级钢的合理利用，此外，B级钢作为一种钢材，它的力学性能相对较好。实际的B级钢生产过程中，为了保证质量，还要添加稀土，从而改变B级钢组织和低温韧性，为了获取具体的变化情况，本文结合实际进行研究，确认稀土对B级钢组织及低温韧性的影响[3]。
试验过程中，选择的材料包括高纯铁、45钢、锰铁、纯铝、1#稀土（铈含量0.23%），同时，金属材料的冲击试验要符合相关的行业标准，确保满足实际使用的基本需求。为了获取样品，可以采取浇注梅花试样的方式。先选择25kg的中频炉进行熔炼，加料的顺序为：高纯铁、45钢、锰铁、硅铁、纯铝。按照这种方式加基础的材料，之后，再加入1#稀土。为了保证稀土功能的发挥，需要对稀土进行简单的处理，可以通过过热熔化的方式，获取相应粒度的稀土。为了确保试验进行顺利，本次试验中，对稀土的粒度进行控制，控制在1～2cm³，而钢液出炉的温度也要被控制，本次试验中，将出炉的温度控制在1600～1650℃，当温度变化为1540℃的时候，再进行浇注的相关工作，同时，试验前制备的梅花试样试验钢准备就绪，并且，分别在试验钢中，加入不同量的稀土。一般选取5份梅花试样试验钢，每份中加入稀土的量是不同的。分别加入0%、0.1%、0.2%、0.3%、0.4%。按照这样的方式，将稀土加入试验钢中，为了保证钢材的质量符合标准，需要对试验钢进行相应的处理工作，本文按照先切割，再正火，之后进行热处理，热处理时，炉温为910℃，持续2h，出炉后，待试验钢的温度变化为室温后停止[4]。
结合试验的基本情况，可以得到试验成分的详细信息，具体的成分信息，可以用如下表1描述。
表1 实测成分情况 （%）
上述表格为实测成分的基本情况，同时，为了保证成分的可靠，需要经过相应的控制，确保成分符合相应的测量标准，保证B级钢经过加工后，其性能能够符合实际工作的基本需求，除此之外，还要进行相应的冲击试验，并按照相应的标准进行。冲击试验为夏比U型缺口标准件，试验温度控制在-60℃，并结合试验需求，对试样的尺寸进行控制，可以将具体的数据控制在10mm×10mm×55mm。另外金相组织观察在相应的显微镜下进行，并注意使用酒精消毒，一般可以选择4%硝酸酒精腐蚀。断口扫描、能谱分析都选择相应的扫描镜，同时，晶粒按照相应测量标准进行测定，测量件也为金相图像分析系统，如此一来，才能保证试验的顺利进行。
3.1 稀土对B级钢组织的影响
在试验过程中发现，稀土对B级钢组织是有影响的，经过正火后，加入不同量稀土的B级钢之间是有明显差异，加入量为0%的1组中，出现光体团大小不均匀的情况，同时，铁素体多以角形分布，而加入量为0.1%—0.3%的2—4组中，出现组织相对均匀的情况，而加入量为0.4%的第5组中，则出现钢珠光体大小分布不均匀的情况，同时，组织还存在一定的差异。各实验钢的平均晶粒度的差异并不是特别明显。比如加入稀土的第1组中，它的晶粒度为10级，同时晶粒也是相对粗大的。而加入稀土的2—5组中，试验钢的晶粒度都明显高于1组，同时，试验钢中加入稀土后，会出现晶粒度等级先变大后减小的情况，其中，五组试验数据中，第4组的晶粒度最高，而第1组的晶粒度最低，同时第4组时，加入稀土量为0.3%，而所获得的晶粒度为11级。当晶粒度最细小成分分布也是最均匀的，而第1组和第3组，两组钢组织对比后，可以发现适当的稀土利用，对B级钢组织是有影响的。通过试验对比发现，1组和3组试验钢有明显差异，适量的稀土加入后，可以使得晶粒度得到明显的细化作用，如此则符合实际情况的基本需求。
同时，钢液加入稀土后，稀土在钢液中能有效降低熔点元素磷、硫等形成复杂的稀土化合物，这些化合物尺寸相对较小，弥散分布于钢液中，这些弥散部分的细小微点，可以为过冷钢液提供核质点，进而起到细化晶粒的作用[5]。
3.2 稀土对B级钢低温韧性的影响
结合实际情况可以发现，不同的温度下，每组的冲击吸收功是不一样的，通过相应的记录和分析工作，可以获取相应的冲击吸收功的平均值，具体的数据情况如表2所示。
表2 冲击功的平均值
结合上表情况，可以得到鸿基功能和温度曲线的基本情况，如图1所示。
图1 B型钢材的温度曲线
从上述表格中及图中，可以发现稀土对B级钢的性能影响是十分显著的，在低温韧性上，稀土对B级钢的影响主要体现在，1号组的试验钢断口相对较为平坦，而且韧窝又小又浅，韧窝沿断裂带方向延伸与发展。另外，韧窝中还有一些夹杂物，同时，当试验钢受到冲击时，裂纹则会在夹杂物或是缺陷处出现，同时，还会有韧窝相对较浅的情况，这种情况就说明变形量相对较小，所以可以发现1号组的试验钢，存在试验效果相对较差的情况。进一步对添加了稀土的2—4号组节能性研究，从而得到，后面几组中，断口都是相同且类似的。另外，韧窝也和1组有明显差距，随着溶剂使用量和相应配置工作的进行，可以发现，随着稀土使用量的增加，等轴韧窝的数量也会明显增多，同时，韧窝还会有变大、变深的趋势。而在第5组，可以发现，本组的稀土使用量是最大的。除了有韧窝之外，还存在少量的解理面，而断口处为韧脆混合断口，但是韧窝的数量相对较多，所以经过分析后，可以认为，该处为韧性断裂。
实际的试验中，通过加入稀土，得到细化晶粒的能力，从而使得组织变得均匀，并且还能改善铸钢的韧性，原因是当发生变形时，晶粒内部会产生大量的位错，当位错运动至晶界处时，就会出现阻碍错位运动，这样就能造成错位在晶界处堆积，而晶粒越细小，晶界越多，阻碍错位运作的效果越明显，这样，就会给韧性带来十分积极的影响。所以，综上所述，实际的B级钢中加入适量的稀土，可以使得B级钢的低温韧性发生明显变化。
除此之外，通过增加稀土，还可以增加B级钢的组织的可靠性，并改善夹杂物含量，确保B级钢的性能。另外，稀土的添加，还有助于改善B级钢的低温韧性，综合这些内容，可以发现，稀土的利用，有助于B级钢组织与低温韧性的改善，确保B级钢能够获取良好的应用价值。同时，稀土量对具有低温冲击韧性高的钢材，主要存在的稀土夹杂相为RE-O-Ca、RE-S-Ca。
本文结合稀土与B级钢的基本情况，先分析稀土的概念和作用，再对B级钢及应用进行分析，之后，以试验的方式，分析稀土对B级钢的影响，对试验结果进行分析，确认稀土对B级钢组织和低温韧性的影响，发现稀土能使得B级钢得到细化晶粒的能力，从而使得组织变得均匀，并且还能改善铸钢的韧性，使得组织变温韧性，从而保证B级钢的合理运用，满足实际运用的需求并且还能提高应用质量。
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