為了滿足使用需求，往往選擇在鋼中加入一定量的稀土元素，使稀土元素在冶煉過程中與奧氏體相熔，奧氏體中的稀土元素的固溶度隨著溫度降低逐漸減些稀土元素將在鐵素體和光體中析出，顯微組織和析出相得以強(qiáng)化，從而達(dá)到提高鋼強(qiáng)度的目的。此類鋼再通過鍛造、熱軋等熱處理方法使鋼材的性能得以提升。稀土對鋼材性能影響主要表現(xiàn)在以下幾個方面。
稀土對鋼組織和性能有一定程度的影響，向鋼中入稀土，通過改變其回火過程中的溫度走勢，減緩中碳化物的析出過程，從而減少網(wǎng)狀碳化物析出的量，并使其均勻地分布在組織中，增強(qiáng)鋼的抗裂性、高溫能力，使得鋼材具有很好的強(qiáng)度及足夠的韌。稀土化合物作為非均勻形核質(zhì)點(diǎn)偏聚于晶，降低界面能，增加晶界總面積，阻礙晶界遷移，有減少裂紋源和裂紋擴(kuò)展通道的傾向，提高鑄件加工性能和鋼的熱塑性，減少淬火開裂的可能性。稀土能低錳和磷等有害元素和低熔點(diǎn)雜質(zhì)在晶界上的偏聚量，降低鋼的回火脆性，全面有效地提升鋼的力學(xué)性能。
在H13模具鋼中加入不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)復(fù)合稀土元素REM（35%La和65%Ce），添加0.015%REM后，沖擊韌性顯著提高，從10J提高到19J,提高了90%。但當(dāng)REM添加量增加到0.1%，隨著REM添加量的增加，韌性逐漸降低，沖擊韌性從 19%降至14%，降低了21%，表明添加合適的稀土含量可有效提升鋼材的沖擊韌性。
二、抗疲勞性能
稀土的偏析現(xiàn)象和抗氧化性對抗疲勞性能的提高起著重要作用。在石墨鐵合金中加入稀土，石墨以蠕蟲狀為主，隨著稀土元素含量的增加，扭曲的石墨尾部變短，頭部尺寸開始增大，導(dǎo)致石墨形貌發(fā)生轉(zhuǎn)變。當(dāng)RE
含量超過
0.041%時，石墨呈現(xiàn)完全的球形形貌。600℃熱疲勞試驗(yàn)中，稀土合金化后主裂紋擴(kuò)展速率明顯降低。稀土元素傾向于在石墨與基體界面處偏析，導(dǎo)致石墨形貌發(fā)生變化，稀土原子會向斷口集中，從而提高了斷口的高溫抗氧化能力，抑制了裂紋擴(kuò)展。隨著稀土添加量的增加，石墨鐵合金的拉伸性能和熱疲勞性能均有所改善。鋼中的固溶稀土能提高鋼的耐點(diǎn)蝕和晶間腐蝕性能。普遍認(rèn)為，稀土元素改變鋼中硫化物夾雜的成分、形態(tài)并降低鋼中硫含量。在冶金物理化學(xué)平衡實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，研究了Ce在鐵基溶液中與Cu、P的相互作用規(guī)律。并利用鹽霧、恒溫恒濕室內(nèi)加速腐蝕試驗(yàn)，分析稀土在Cu-P系耐磨鋼中的作用機(jī)制。稀土耐磨鋼的腐蝕銹層，內(nèi)層通過一層Fe2O3與基體緊密結(jié)合在一起，隔絕了氧氣和水對基體的擴(kuò)散，從而保證了基體不被腐蝕。研究稀土對傳統(tǒng)低碳鋼和耐候鋼的耐蝕性，稀土合金化后Q235和09CuPCrNi的耐蝕性得到了提高。含稀土鋼的腐蝕電流密度較低，235M的腐蝕電流密度比
Q235低。09CuPCrNiM的腐蝕電流密度比09CuPCrNi低，腐蝕電位比09CuPCrNi高。結(jié)果表明，稀土元素的加入增加了腐蝕電位，減小了腐蝕電流，降低了鋼的腐蝕傾向和腐蝕速率。研究微量稀土元素La(
小于 20*10-6) 對鋼板腐蝕性的影響，發(fā)現(xiàn)
La的離子半徑較大，會導(dǎo)致晶格畸變和晶格應(yīng)力，增加材料的內(nèi)能和微應(yīng)力，阻礙位錯滑移變形，有效防止裂紋的產(chǎn)生。結(jié)合圖4鹽霧腐蝕240h后試驗(yàn)鋼的微形貌，從圖中可以看出，含微量La的試驗(yàn)鋼A的蝕坑比試驗(yàn)鋼B的腐蝕坑更均勻、密度更大，添加微量La的試驗(yàn)鋼E的腐蝕坑尺寸明顯小于空白試驗(yàn)鋼F。La的加入會使鋼的腐蝕坑均勻分布，有利于形致密的銹蝕層，防止腐蝕物質(zhì)侵入基體，減小了腐蝕坑的尺寸，有效防止裂紋的產(chǎn)生，從而提高了鋼的腐蝕性能。
四、 耐熱性能
耐熱鋼具有優(yōu)良的塑性、抗高溫氧化性和抗腐蝕性能等，隨著火力發(fā)電、石油化工、機(jī)械制造和航天航空等工業(yè)快速發(fā)展，耐熱鋼因其優(yōu)異的高溫力學(xué)性能而廣泛應(yīng)用于發(fā)電行業(yè)，這要求其能夠在更高的工作溫度和壓力下提高熱效率。因此，研究鋼的蠕變性能在工程實(shí)踐中具有重要意義。稀土改善耐熱鋼的抗蠕變性能的原因是在晶粒、晶界和位錯附近形成偏析，影響其爬升和滑動過程，從而影響蠕變。稀土也會在碳化物和基體界面偏析，影響碳化物顆粒的轉(zhuǎn)變，從而影響蠕變性能。對含Ce的253MA耐熱鋼的凝固組織及夾雜物的形貌、成分和結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征分析，發(fā)現(xiàn)稀土夾雜物主要相結(jié)構(gòu)為CeO2和(CeO)2SO4，作為異質(zhì)形核的核心，呈細(xì)小、近球形彌散分布，且尺寸較小，一般不超過5μm。增加Ce含量有利于 D類球形夾雜物增多，細(xì)化柱狀晶的尺寸，增大凝固組織的等軸晶率，具有更好的耐高溫、抗氧化性能。研究了在不同的工程應(yīng)力和溫度下，使用恒載蠕變試驗(yàn)對比未摻雜和摻雜Ce的P91鋼試樣的蠕變性能，發(fā)現(xiàn)未摻雜鋼的蠕變表觀活化能和應(yīng)力指數(shù)分別約541kJ/mol和11.6，摻雜鋼的表觀活化能量和應(yīng)系數(shù)分別為662kJ/mol和13.8。在Monkman-Grant關(guān)系中，未摻雜鋼的常數(shù)m和c分別約為1.06和0.067，摻雜鋼的值分別為1.09和0.084。據(jù)估計(jì)，摻雜鋼的100MPa應(yīng)力蠕變壽命是未摻雜鋼的1.1-2.3 倍，表明 Ce可以明顯改善鋼的蠕變性能。
五、 耐磨性能
先進(jìn)的超高強(qiáng)度耐磨鋼板，作為為社會和諧發(fā)展而選擇的輕質(zhì)長壽命材料，已廣泛應(yīng)用于工程機(jī)械、橋梁施工、自卸車運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域。在耐磨鋼中加入稀土進(jìn)行微合金化處理，具有改性夾雜物和細(xì)化晶粒的作用，可以提高耐磨鋼的綜合應(yīng)用性能。靳曉艷等。在20MnCrNi2Mo低合金耐磨鑄鋼中添加0.0327%稀土，發(fā)現(xiàn)鋼在鑄態(tài)時顯微組織改變，由尺寸較粗大、島狀的粒狀貝氏體逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槌叽缂?xì)小的粒狀貝氏體和少量下貝氏體組織。鋼的沖擊斷口截面出現(xiàn)韌窩，斷裂方式由脆性斷裂向韌性斷裂轉(zhuǎn)變，因此稀土元素提高了20MnCrNi2Mo低合金耐磨鑄鋼的綜合力學(xué)性能。而且稀土可以有效地對晶界進(jìn)行改善，當(dāng)晶界強(qiáng)度有所增加時，明顯減少裂紋擴(kuò)散速率。
研究了Ce對低合金耐磨鋼夾雜物變性、組織轉(zhuǎn)變和力學(xué)性能的影響，發(fā)現(xiàn)耐磨鋼經(jīng)稀土處理后，貝氏體的比例增加，取代多邊形先共析鐵素體，細(xì)化鑄態(tài)組織的尺寸，使的強(qiáng)度、硬度和沖擊能得到提高。細(xì)小的貝氏體有不同的晶粒取向和高比例的大角度晶界，在裂紋尖端擴(kuò)展過程中，交錯的貝氏體會改變方向，以Z字形擴(kuò)展，在相同的磨損時間下，磨損率的拐點(diǎn)前降低，磨損量減少，從而綜合提高了耐磨鋼的度、韌性和耐磨性。Ce在鋼中的作用過程如圖5示，主要體現(xiàn)在稀土元素加入到鋼中，夾雜物變質(zhì)、微觀組織晶粒細(xì)化和促進(jìn)貝氏體鐵素體析出，而全面提高了鋼的耐磨性。
六、韌脆轉(zhuǎn)變溫度
稀土除了使鋼具有良好的微觀結(jié)構(gòu)特征和晶界特征外，還對降低其脆性轉(zhuǎn)變溫度起到重要作用，提升鋼在實(shí)際服役條件下的穩(wěn)定性。采用熱力模擬裝置模擬了未摻雜和摻雜Ce的SA508CL-3反應(yīng)堆壓力容器鋼的焊接粗晶熱影響區(qū)(CGHAZS) ，結(jié)果表明，Ce顯著降低了(CGHAZS) 的韌脆轉(zhuǎn)變溫度(DBTT) 值，促使容器鋼的CGHAZS的韌脆轉(zhuǎn)變溫度從-22℃降低至-88℃，添加Ce樣品中存在明顯的晶界偏析，偏析程度隨熱輸入的減小(
或冷卻速率的增大) 而增大。在雙相不銹鋼中加入釓，加入釓的合金的沖擊能顯著增加，并且由夏比沖擊能量過渡曲線觀察到鋼的韌脆轉(zhuǎn)變溫度略微
降低了10℃，隨著釓的加入，鑄造合金的極限抗拉強(qiáng)度從919MPa提高到 969MPa，硬度從23.6HRC增加到25.0HRC。
免責(zé)聲明：本文系網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)載，版權(quán)歸原作者所有。如涉及作品版權(quán)問題，請與我們聯(lián)系，我們將根據(jù)您提供的版權(quán)證明材料確認(rèn)版權(quán)并于接到證明的一周內(nèi)予以刪除或做相關(guān)處理！Disclaimer: This article is reproduced on the Internet and the copyright belongs to the original author. If the copyright of the work is involved, please contact us. We will confirm the copyright according to the copyright proof materials provided by you and delete or deal with it within one week after receiving the proof!
