稀土對B級鋼組織和低溫韌性的影響研究

孫宇

唐山工業職業技術學院 機械工程系，河北唐山，063200

0 引言

B級鋼是生產中常用的一種鋼材，具有較好的應用價值，具備鍛造、冶煉、熱處理和焊補等工藝性能，可以廣泛地用于貨運列車搖枕和側架的施工中[1]。通過B級鋼的合理利用，可以為相關行業的健康發展奠定基礎。本文對稀土對B級鋼組織和低溫韌性的影響進行研究，旨在發揮稀土的性能，提升B級鋼功能，確保B級鋼的有效利用[2]。

1 稀土及B級鋼的相關研究

1.1 稀土

稀土是由元素周期表中鑭系元素和鈧、釔共計17種以上的元素組成的，稀土是一種珍貴的礦產資源，廣泛用于軍事、船舶制造、冶金、石油化工、玻璃陶瓷及農業等領域，具有較高的應用價值。如果將稀土應用到鎂、鋁、銅、鋅等合金中，能有效提升該合金的室溫及高溫的機械性能，確保鋼鐵的性能可靠。

1.2 B級鋼

B級鋼是一種重要的金屬材料，屈服強度485、延伸260、收縮24、沖擊36和硬度20。

B級鋼具有較好的冶煉、熱處理和焊補等工藝性能，所以實際的利用中，通過合理的工藝處理，就能使得B級鋼達成目標形態，便于B級鋼的合理利用，此外，B級鋼作為一種鋼材，它的力學性能相對較好。實際的B級鋼生產過程中，為了保證質量，還要添加稀土，從而改變B級鋼組織和低溫韌性，為了獲取具體的變化情況，本文結合實際進行研究，確認稀土對B級鋼組織及低溫韌性的影響[3]。

2 試驗材料及方法

試驗過程中，選擇的材料包括高純鐵、45鋼、錳鐵、純鋁、1#稀土（鈰含量0.23%），同時，金屬材料的沖擊試驗要符合相關的行業標準，確保滿足實際使用的基本需求。為了獲取樣品，可以采取澆注梅花試樣的方式。先選擇25kg的中頻爐進行熔煉，加料的順序為：高純鐵、45鋼、錳鐵、硅鐵、純鋁。按照這種方式加基礎的材料，之后，再加入1#稀土。為了保證稀土功能的發揮，需要對稀土進行簡單的處理，可以通過過熱熔化的方式，獲取相應粒度的稀土。為了確保試驗進行順利，本次試驗中，對稀土的粒度進行控制，控制在1～2cm3，而鋼液出爐的溫度也要被控制，本次試驗中，將出爐的溫度控制在1600～1650℃，當溫度變化為1540℃的時候，再進行澆注的相關工作，同時，試驗前制備的梅花試樣試驗鋼準備就緒，并且，分別在試驗鋼中，加入不同量的稀土。一般選取5份梅花試樣試驗鋼，每份中加入稀土的量是不同的。分別加入0%、0.1%、0.2%、0.3%、0.4%。按照這樣的方式，將稀土加入試驗鋼中，為了保證鋼材的質量符合標準，需要對試驗鋼進行相應的處理工作，本文按照先切割，再正火，之后進行熱處理，熱處理時，爐溫為910℃，持續2h，出爐后，待試驗鋼的溫度變化為室溫后停止[4]。

結合試驗的基本情況，可以得到試驗成分的詳細信息，具體的成分信息，可以用如下表1描述。

表1 實測成分情況 （%）

上述表格為實測成分的基本情況，同時，為了保證成分的可靠，需要經過相應的控制，確保成分符合相應的測量標準，保證B級鋼經過加工后，其性能能夠符合實際工作的基本需求，除此之外，還要進行相應的沖擊試驗，并按照相應的標準進行。沖擊試驗為夏比U型缺口標準件，試驗溫度控制在-60℃，并結合試驗需求，對試樣的尺寸進行控制，可以將具體的數據控制在10mm×10mm×55mm。另外金相組織觀察在相應的顯微鏡下進行，并注意使用酒精消毒，一般可以選擇4%硝酸酒精腐蝕。斷口掃描、能譜分析都選擇相應的掃描鏡，同時，晶粒按照相應測量標準進行測定，測量件也為金相圖像分析系統，如此一來，才能保證試驗的順利進行。

3 試驗結果分析

3.1 稀土對B級鋼組織的影響

在試驗過程中發現，稀土對B級鋼組織是有影響的，經過正火后，加入不同量稀土的B級鋼之間是有明顯差異，加入量為0%的1組中，出現光體團大小不均勻的情況，同時，鐵素體多以角形分布，而加入量為0.1%—0.3%的2—4組中，出現組織相對均勻的情況，而加入量為0.4%的第5組中，則出現鋼珠光體大小分布不均勻的情況，同時，組織還存在一定的差異。各實驗鋼的平均晶粒度的差異并不是特別明顯。比如加入稀土的第1組中，它的晶粒度為10級，同時晶粒也是相對粗大的。而加入稀土的2—5組中，試驗鋼的晶粒度都明顯高于1組，同時，試驗鋼中加入稀土后，會出現晶粒度等級先變大后減小的情況，其中，五組試驗數據中，第4組的晶粒度最高，而第1組的晶粒度最低，同時第4組時，加入稀土量為0.3%，而所獲得的晶粒度為11級。當晶粒度最細小成分分布也是最均勻的，而第1組和第3組，兩組鋼組織對比后，可以發現適當的稀土利用，對B級鋼組織是有影響的。通過試驗對比發現，1組和3組試驗鋼有明顯差異，適量的稀土加入后，可以使得晶粒度得到明顯的細化作用，如此則符合實際情況的基本需求。

同時，鋼液加入稀土后，稀土在鋼液中能有效降低熔點元素磷、硫等形成復雜的稀土化合物，這些化合物尺寸相對較小，彌散分布于鋼液中，這些彌散部分的細小微點，可以為過冷鋼液提供核質點，進而起到細化晶粒的作用[5]。

3.2 稀土對B級鋼低溫韌性的影響

結合實際情況可以發現，不同的溫度下，每組的沖擊吸收功是不一樣的，通過相應的記錄和分析工作，可以獲取相應的沖擊吸收功的平均值，具體的數據情況如表2所示。

表2 沖擊功的平均值

結合上表情況，可以得到鴻基功能和溫度曲線的基本情況，如圖1所示。

圖1 B型鋼材的溫度曲線

從上述表格中及圖中，可以發現稀土對B級鋼的性能影響是十分顯著的，在低溫韌性上，稀土對B級鋼的影響主要體現在，1號組的試驗鋼斷口相對較為平坦，而且韌窩又小又淺，韌窩沿斷裂帶方向延伸與發展。另外，韌窩中還有一些夾雜物，同時，當試驗鋼受到沖擊時，裂紋則會在夾雜物或是缺陷處出現，同時，還會有韌窩相對較淺的情況，這種情況就說明變形量相對較小，所以可以發現1號組的試驗鋼，存在試驗效果相對較差的情況。進一步對添加了稀土的2—4號組節能性研究，從而得到，后面幾組中，斷口都是相同且類似的。另外，韌窩也和1組有明顯差距，隨著溶劑使用量和相應配置工作的進行，可以發現，隨著稀土使用量的增加，等軸韌窩的數量也會明顯增多，同時，韌窩還會有變大、變深的趨勢。而在第5組，可以發現，本組的稀土使用量是最大的。除了有韌窩之外，還存在少量的解理面，而斷口處為韌脆混合斷口，但是韌窩的數量相對較多，所以經過分析后，可以認為，該處為韌性斷裂。

實際的試驗中，通過加入稀土，得到細化晶粒的能力，從而使得組織變得均勻，并且還能改善鑄鋼的韌性，原因是當發生變形時，晶粒內部會產生大量的位錯，當位錯運動至晶界處時，就會出現阻礙錯位運動，這樣就能造成錯位在晶界處堆積，而晶粒越細小，晶界越多，阻礙錯位運作的效果越明顯，這樣，就會給韌性帶來十分積極的影響。所以，綜上所述，實際的B級鋼中加入適量的稀土，可以使得B級鋼的低溫韌性發生明顯變化。

除此之外，通過增加稀土，還可以增加B級鋼的組織的可靠性，并改善夾雜物含量，確保B級鋼的性能。另外，稀土的添加，還有助于改善B級鋼的低溫韌性，綜合這些內容，可以發現，稀土的利用，有助于B級鋼組織與低溫韌性的改善，確保B級鋼能夠獲取良好的應用價值。同時，稀土量對具有低溫沖擊韌性高的鋼材，主要存在的稀土夾雜相為RE-O-Ca、RE-S-Ca。

4 結語

本文結合稀土與B級鋼的基本情況，先分析稀土的概念和作用，再對B級鋼及應用進行分析，之后，以試驗的方式，分析稀土對B級鋼的影響，對試驗結果進行分析，確認稀土對B級鋼組織和低溫韌性的影響，發現稀土能使得B級鋼得到細化晶粒的能力，從而使得組織變得均勻，并且還能改善鑄鋼的韌性，使得組織變溫韌性，從而保證B級鋼的合理運用，滿足實際運用的需求并且還能提高應用質量。