李 鐵 王宏霞

(山東泰山鋼鐵集團(tuán)有限公司，山東271100)

稀土在鐵素體不銹鋼410S中的作用研究

李 鐵 王宏霞

(山東泰山鋼鐵集團(tuán)有限公司，山東271100)

通過在鐵素體不銹鋼410S中添加不同含量稀土試驗(yàn)，系統(tǒng)分析稀土對(duì)鋼中夾雜物含量、成分、鋼帶組織以及加工性能的影響，初步確定了稀土加入量。

稀土；鐵素體不銹鋼410S；夾雜物；鋼帶組織

410S作為鐵素體不銹鋼中Cr含量較低的一種，價(jià)格低廉兼具良好的加工性能，得到了市場(chǎng)的青睞。但冷軋后的表面缺陷、沖壓開裂等質(zhì)量問題影響了客戶使用。稀土被譽(yù)為工業(yè)“維生素”，在我國(guó)具有資源優(yōu)勢(shì)，近年關(guān)于稀土在不銹鋼中的應(yīng)用受到了大量關(guān)注[1-5]。利用稀土具有的凈化鋼液、變質(zhì)夾雜物、微合金化及細(xì)化晶粒等作用提升410S品質(zhì)具有一定的意義。

本文通過在410S中添加不同含量稀土的試驗(yàn)，證實(shí)了稀土在410S中所起的作用，并初步確定了加入量。

1 試驗(yàn)材料及方法

選取工業(yè)生產(chǎn)的3爐410S為試驗(yàn)對(duì)象，氧含量低于20×10-6，在LF精煉階段，分別添加鋼液質(zhì)量比為0.02%、0.03%、0.04%的鑭、鈰混合稀土，成分見表1。連鑄坯規(guī)格為200 mm×1240 mm，后經(jīng)熱軋至3.0 mm厚，再做790℃的退火熱處理。

表1 410S化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table 1 Chemical compositions of 410S (Mass, %)

采用金相顯微鏡、掃描電鏡和能譜儀等檢測(cè)手段，全程取樣分析。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 稀土對(duì)夾雜物的影響

2.1.1 稀土對(duì)夾雜物數(shù)量及最大尺寸的影響

未添加稀土與試驗(yàn)爐次的410S板坯夾雜物數(shù)量對(duì)比見圖1，試驗(yàn)數(shù)據(jù)為金相顯微鏡下放大100倍，檢測(cè)面積約2 cm2的檢測(cè)結(jié)果。由圖1可見：RE為0%的板坯中d<10 μm的小顆粒夾雜物每平方厘米約15個(gè)，d≥10 μm的大顆粒夾雜物每平方厘米約8個(gè)；試驗(yàn)爐次中RE為0.02%的兩類夾雜物數(shù)量都沒有減少；RE為0.03%和0.04%的兩爐d<10 μm的夾雜物數(shù)量變化也不明顯，但d≥10 μm的大顆粒夾雜物每平方厘米數(shù)量均為3.5個(gè)，減少明顯。

圖1 板坯夾雜物含量對(duì)比Figure 1 Comparison of inclusion content in slab

由圖2中檢測(cè)結(jié)果表明：添加適量稀土對(duì)減少大顆粒夾雜物(d≥10 μm)的數(shù)量和細(xì)化夾雜物均有一定作用，加入量過低效果不明顯。原因分析，由于稀土與氧的親和力很強(qiáng)，加入鋼液中的稀土首先與氧結(jié)合，使原來(lái)的夾雜物變?yōu)橄⊥翃A雜物，稀土夾雜物溶解度很低，且凝固溫度較高(熔點(diǎn)在1900～2000℃之間)，容易隨鋼渣排除，從而使鋼液中夾雜物數(shù)量減少；稀土夾雜物形成的同時(shí)也促進(jìn)夾雜物互相吸附和聚集，夾雜物不斷聚集長(zhǎng)大，易于上浮，被鋼渣吸附，最終起到減少和細(xì)化夾雜物的效果。

2.1.2 稀土對(duì)夾雜物組分的影響

未添加稀土和添加稀土爐次的板坯夾雜物成分能譜分析如圖3所示。板坯中夾雜物成分對(duì)比見表2和表3。

未添加稀土的410S夾雜物以鎂鋁尖晶石為主，添加稀土后夾雜物變質(zhì)為以稀土氧化物為主。說(shuō)明鋼液中加入的稀土除一部分固溶到基體中外，其余部分已經(jīng)存在于夾雜物中，形成了稀土氧化物，起到變質(zhì)夾雜物的作用，該類夾雜的變形能力較鎂鋁尖晶石等脆性?shī)A雜強(qiáng)，在軋制變形中不易產(chǎn)生裂紋，有利于提高鋼帶的加工性能[3]。

圖2 板坯中最大夾雜物尺寸的對(duì)比Figure 2 Comparison of maximum inclusion size in slab

(a)未添加稀土成分(b)添加稀土成分圖3 板坯夾雜物成分能譜分析Figure 3 Energy spectrum analysis of inclusion in slab

表2 未添加稀土爐次夾雜物成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table 2 Inclusion composition of heat without rare earth addition (Mass, %)

表3 添加稀土爐次夾雜物成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table 3 Inclusion composition of heat with rare earth addition (Mass, %)

2.2 稀土對(duì)鋼帶組織的影響

鋼帶退火組織為鐵素體+碳化物，如圖4所示。由圖4可見：RE為0%的組織不均勻，存在明顯的大塊長(zhǎng)條狀鐵素體，晶粒度為5.5級(jí)；RE為0.02%的晶粒度為6.5級(jí)；RE為0.03%的晶粒度為6.5級(jí)；RE為0.04%的晶粒度為7.0級(jí)。因此，添加稀土的鋼帶組織均勻性更好。鋼中固溶的稀土元素往往分布在晶界上，表面張力降低，在晶粒長(zhǎng)大過程中對(duì)晶界起拖拽作用，減緩晶粒長(zhǎng)大，起到細(xì)化鐵素體晶粒的作用。

2.3 稀土對(duì)鋼帶加工性能的影響

鋼帶力學(xué)性能檢測(cè)結(jié)果如表4所示。試驗(yàn)爐次鋼帶非比例延伸強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度及伸長(zhǎng)率較未添加稀土鋼帶均有提高，RE為0.03%的鋼帶伸長(zhǎng)率檢測(cè)值為32.5%，與RE為0%的鋼帶伸長(zhǎng)率相比提高了約12%。材料的加工性能與夾雜物的種類、數(shù)量、分布以及組織狀態(tài)等有關(guān)，加入稀土后，410S鋼水純凈度得到了提高，夾雜物由脆性變?yōu)樗苄裕欣阡搸Ъ庸ば阅艿奶岣摺?/p>

表4 力學(xué)性能檢測(cè)結(jié)果Table 4 Test results of mechanical property

(a)RE：0%(b)RE：0．02%(c)RE：0．03%(d)RE：0．04%

圖4 鋼帶退火組織
Figure 4 Annealed microstructure of steel strip

3 結(jié)論

410S中添加適量稀土可減少變質(zhì)夾雜物，改善鋼帶組織，提高加工性能。綜合考慮加入量初步控制在0.03%。

[1] 王龍妹，朱桂蘭，徐軍，等.稀土在430鐵素體不銹鋼中的作用及機(jī)理研究[J].稀土，2008,29(1):67-71.

[2] 劉曉，王龍妹，陳雷，等.稀土在雙相不銹鋼中的應(yīng)用研究[J].稀土,2011,32(2):76-81.

[3] 趙振鐸，陳金龍，范光偉.稀土型鐵素體不銹鋼430組織及韌性研究[J].中國(guó)稀土學(xué)報(bào)，2012,30(1):97-101.

[4] 鄭峰，程挺宇，張巧云.稀土元素鈰在不銹鋼中的應(yīng)用及研究發(fā)展[J].有色金屬,2011,63(1):78-80.

[5] 王宏霞，李鐵，王俊海.410S冷軋鋼帶表面麻點(diǎn)缺陷分析[J].中國(guó)重型裝備,2017,(1):52-54.

編輯 陳秀娟

Research on Effect of Rare Earth in Ferritic Stainless Steel 410S

LiTie，WangHongxia

Through the tests of adding different content rare earth in ferritic stainless steel 410S, systematacially analyzed the effect of rare earth on inclusions content, composition, steel strip microstructure and processing performance, determined the amount of rare earth addition.

rare earth; ferritic stainless steel 410S; inclusions; steel strip microstructure

2017—04—11

李鐵(1987—)男，本科，從事不銹鋼產(chǎn)品研發(fā)及質(zhì)量異議分析等工作。

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