稀土Ce在00Cr17高純鐵素體不銹鋼中作用機(jī)理研究.pdf

1、近年來，不斷增長(zhǎng)的不銹鋼需求與有限鎳資源之間的矛盾日趨加深，人們把目光聚焦到成本低，抗腐蝕性能和抗高溫氧化性能優(yōu)異的資源節(jié)約型不銹鋼—高純鐵索體不銹鋼上。但是，這類鋼鐵材料在熱加工和焊接時(shí)晶粒長(zhǎng)大傾向大、缺口敏感性高、475℃脆性和成形性差等缺點(diǎn)限制其更廣泛的應(yīng)用。稀土是我國的富有資源，被廣泛應(yīng)用于鋼中，但其在高純鐵素體不銹鋼中的作用機(jī)理不是很明確，且有些研究結(jié)果相互矛盾。特別是在潔凈鋼中硫，氧，磷等雜質(zhì)含量很低，以往研究得出的稀土硫比

2、值已不能用于指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)際。因此，有必要系統(tǒng)研究稀土在高純鐵素體不銹鋼中的作用機(jī)理，研究結(jié)果為開發(fā)具有我國資源優(yōu)勢(shì)、性能優(yōu)良的高純鐵素體不銹鋼提供理論依據(jù)。
　　本研究熔煉了不同稀土Ce含量的00Cr17高純鐵素不銹鋼，利用金相顯微鏡、掃描電鏡、透射電鏡、X射線衍射、熱模擬試驗(yàn)機(jī)、萬能拉伸試驗(yàn)機(jī)和顯微硬度等測(cè)試技術(shù)，研究了Ce對(duì)00Cr17鋼鑄態(tài)組織、熱塑性、再結(jié)晶、晶粒長(zhǎng)大，沖擊韌性、成形性、475℃脆性和高溫抗氧化性能的影響，系

3、統(tǒng)分析和探討了Ce在00Cr17高純鐵素體不銹鋼中的作用機(jī)理，得到如下實(shí)驗(yàn)結(jié)果:
　　Ce細(xì)化了00Cr17鋼的鑄態(tài)組織，減少柱狀晶的形成，促進(jìn)等軸晶的形成，隨Ce含量增加鑄態(tài)組織細(xì)化程度增強(qiáng)。Ce細(xì)化00Cr17鋼鑄態(tài)組織的主要原因是細(xì)小的含Ce氧化物，硫化物以及金屬間化合物在凝固過程中成為非均勻形核核心，增加了凝固組織的形核率。Ce能夠抑制中溫區(qū)Cr23C6在晶界上析出，降低1400℃高溫脆性區(qū)內(nèi)部分晶界優(yōu)先熔化而形成裂紋的傾

4、向，同時(shí)，00Cr17鋼中添加Ce完全消除了900～1050℃中溫脆性區(qū)，改善了600～1350℃溫度區(qū)域的熱塑性。
　　Ce固溶到00Cr17鋼中引起晶格畸變，增加了冷變形的儲(chǔ)存能，進(jìn)而增大了再結(jié)晶驅(qū)動(dòng)力，降低了00Cr17鋼靜態(tài)再結(jié)晶溫度，促進(jìn)了靜態(tài)再結(jié)晶的發(fā)生。Ce增加了00Cr17鋼晶粒長(zhǎng)大激活能，阻礙了鐵素體晶粒長(zhǎng)大。由于Ce偏聚到晶界，增大晶界運(yùn)動(dòng)的阻力，因而Ce推遲了00Cr17鋼熱變形過程中動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的發(fā)生。根據(jù)熱

5、加工本構(gòu)模型基礎(chǔ)理論，計(jì)算了Re-F、Re-H鋼熱變形激活能Q分別為335.7 kJ·mo1-1、324.6kJ·mol-1。建立了實(shí)驗(yàn)鋼塑性流變本構(gòu)方程為:Re-F鋼:σ=1/0.015ln{(Z/e32.559)/1/3.654+[(Z/e31.336)2/3.654+1]1/2}Re-H鋼:σ=1/0.016 ln{(Z/e31.336)1/3.875+[(Z/e31.336)2/3.875+1]1/2}
　　在室溫下，添加

6、0.02％Ce使00Cr17鋼橫向和縱向沖擊韌性分別提高了17％、14％，添加0.08％Ce對(duì)沖擊韌性沒有影響。但在-20℃和-40℃時(shí)，Ce的加入對(duì)00Cr17鋼的沖擊韌性均沒有影響。Ce抑制了00Cr17鋼屈服平臺(tái)現(xiàn)象，提高00Cr17鋼的斷后伸長(zhǎng)率(δ)、應(yīng)變硬化指數(shù)（n值）和平均塑性應(yīng)變比（r），在一定程度上改善了00Cr17鋼的成形性。00Cr17鋼在475℃時(shí)效時(shí)間小于196 h時(shí)，Ce的加入抑制了鋼中α'相的析出，減緩47

7、5℃脆化速度。但隨時(shí)效時(shí)間增加含Ce鋼和不含Ce鋼均表現(xiàn)為沖擊韌性逐漸減小，直至呈現(xiàn)完全脆性斷裂。
　　實(shí)驗(yàn)鋼在700～1000℃范圍內(nèi)，氧化動(dòng)力學(xué)曲線均遵循拋物線規(guī)律。在高于1000℃時(shí)，含Ce鋼的氧化速率明顯低于不含Ce鋼，Ce含量高，抗氧化效果越顯著。氧化溫度在700～1000℃時(shí)，表面氧化膜均由Cr2O3單相組成，在1100℃時(shí)，表面氧化膜由Cr2O3和Fe2O3兩相組成，添加Ce鋼能明顯減緩氧化膜中Fe2O3的形成，增強(qiáng)