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稀土微合金元素对于X65管线钢组织和性能的影响刘宇雁，包喜荣，陈林，金自立，任慧平（材料与冶金学院，内蒙古科技大学的技术，包头014010，中国）2010年8月17日，2010年10月20日修订摘要：随着X65管线钢为原料，研究Ce对组织的影响力和低温冲击韧性。实验的结果是：Ce有很大的影响的组织和力学功能的X65管线钢，Ce可以稀释凝固，以改善钢的能力。样本1没有加入稀土元素的X65管线钢，有凹坑而且不均匀，它的凹坑和晶粒尺寸较大;样品2加入了稀土元素的凹坑，小而均匀。加入了稀土元素的样品2的低温韧性和冲击能量均较高。关键词：稀土;X65管线钢；组织和性能由于对能源的需要不断增加，管线钢应用推广至海洋，最深的地面和寒冷地带，为了确保高效率和安全性，我们应该不仅整体上要求尺寸精度，而且在综合力学机械性能上要求有强度和韧性，良好的焊接性能，较低的脆性转变温度等。近年来，改善的组织和性能的主要方法是控制轧制及控制冷却技术，管线钢应用稀土的研究一直没有发展，所以研究稀土元素对于X65管线钢的组织再生和提高力学性能的影响意义非常重大。在本文中，以X65管线钢为原料，我们研究稀土元素对于组织和力学性能的影响，尤其是对于低温韧性的影响。用锻造钢锭做成拉伸和挤压样品，然后进行热处理，来研究热处理后的管线钢的组织和力学性能。1材料的制备1.1原料组成和冶金法这里实验所用X65管线钢是由工厂提供，其化学成分被列入表1。表1X65管线钢的化学成分（浓度，）化学成分CSiMnPSONAlNbTi成分0.070.31.50.010.0050.0030.0040.030.060.02切割好的X65管线实验钢被放入真空熔炼炉加热熔化，钢熔化后，浇铸成不含稀土元素的钢锭。Ce占钢锭中稀土元素的0.28。用铝制的可乐罐包裹住稀土元素，绑在铁棒上，插入便于观察的感应过道炉，插入钢水的底部迅速关闭，之后保持2至3秒，之后将细线取出来。2分钟后，稀土元素被铸入钢水混合成钢锭。1.2稀土元素的测定从含稀土元素的钢锭下部取下一块小样品，并用钻头取下一些钢锉。原来CE含量为0.28，测试结果为0.02，结果表明，稀土元素残留在钢锭中的含量是理想的。1.3样品处理将钢锭加热到1150C，保温0.5小时，在860锻造，钢锭加热，加工成12mm12mm的锻造钢坯。根据国家标准，将钢坯制成含稀土元素和不含稀土元素的试验样品，金属低温夏比（V型缺口）实验样品符合国家标准GB-4159-84。1.4实验方案机械加工提供合适的硬度，细化晶粒，消除应力，消除魏氏组织带。为了确保最迟状态的样品的内部组织，样品的热处理包括正火和等温退火，即是：放入加热炉，加热到850，以100 /h供热率加热到950，保温10分钟，之后空冷到暗红色，在600保温30分钟，空冷至室温，流程图如图.1。1.5冲击试验计划实验仪器是CBD-300电子摆锤冲击试验机，冲击能量为300J，冲击试验在25至-25进行，用含酒精的液氮冷却实验样品。样品应在冷却介质中保温1小时，撞击实验的序号，如表2所示。2X65管线钢的力学性能分析2.1热处理冲击韧性和组织的影响为了便于研究含与不含稀土元素样品的机械性能，分析含稀土元素样品的力学性能，样品的平均机械性能，实验数据列于表3。从表3看出，拉伸强度的条件1和2的样品不含稀土元素的拉伸强度比条件3和4样品含稀土元素的拉伸强度分别少22.5J和31.33J，条件3和4含稀土元素样品的常温和低温韧性是最好的，而条件1样品的低温韧性最差。条件4常温和低温韧性是最好的，比条件1的高 242.82J，但条件2和4的常温韧性相差不大，只有44.95J。据图.2和图.3和表4，含稀土元素的4号样品的性能是最好的，其晶粒尺寸为6.63纳米，正火和等温退火加热到950，迅速冷却奥氏体钢至600，保温，奥氏体转变为珠光体，同时晶粒细化效果的作用是大于珠光体，晶体分布均匀，所以条件4样品的强度很好。由于稀土元素的加入，夹杂物细化，变薄和分散，所以冲击能量都是比其他的样品更好，但其强度没有显着增加。从全面的观点来看，在本文中，我们选择最佳实验方案的条件4，X65管线钢的力学性能比较数据列于表4。 图1样品的热处理表2试验程序和条件实验条件数样品条件样本数条件1锻造的正常/低温度不重条件2热处理温度不正常/低稀土1#条件3锻造的正常/低温度与RE条件4热处理正常/低温度与RE2#表3机械性能数据条件数屈服强度/MPa拉伸强度 /MPa伸长率 /断面收缩率/冲击能量（常温J）冲击能量（低温J）1422.3349823.8778.07181.9817.052387.67468.6734.683.43379.89250.743455520.526.487.6309.49313.54445350020.784.45424.84305.72表4的X65管线钢的力学性能数据条件数屈服强度/MPa拉伸强度/MPa伸长率 /断面收缩率/晶粒大小/um冲击能量（常温J）冲击能量（低温J）445350020.784.456.63424.84305.7152387.67468.6734.683.4314.59379.89250.74差异65.3331.33-14.61.07-7.9644.9554.98 图2.无稀土元素的组织（条件2） 图3含稀土元素的组织（条件4）从图.2和图.3，看出条件2样品热处理组织主要是多边形铁素体，包括少量珠光体，比较表4的实验结果：含稀土元素的样品性能比不含稀土元素的样品好的原因，是因为稀土元素有晶粒细化，变形，清除夹杂物和微合金化的作用。含稀土元素的样品晶粒尺寸小于不含稀土元素的样品，实际上稀土元素细化了组织。表3中的力学性能比较数据表明，虽然含稀土元素的样品强度并不比未加稀土元素样品高得多，但冲击能量，会增加很多。从表3和4看出，虽然稀土元素的加入对于屈服强度和抗拉强度没有太大的影响，但对冲击韧性的影响是如此显着。（1）Ce添加到X65管线钢之后，稀土元素的相互作用系数，铌和钛是负数，减少活动，增加各自的溶解度，有利于提高合金元素的利用率，有固溶强化和沉淀强化效果，使含稀土元素的X65管线钢具有良好的强度。（2）Ce的加入明显提高了X65管线钢的性能。由于稀土元素的作用，减少碳，氮的活性，增加碳，氮的溶解度，降低了减少的能力，这样的C，N不能被分离或解散到内应力区或晶体缺陷部位，减少间隙原子的数目，因为间隙原子可能导致位错，从而增加了X65管线钢的韧性。2.2稀土元素对X65管线钢的冲击断口形貌的影响样品1（条件2）不含稀土元素和样品2含稀土元素（条件4）都在-25做冲击试验，比较冲击断口形貌。样品1，2的冲击断口形貌显示于图.4和图.5。分析上面的图片：显微样品1和样品2都有凹坑，凹坑是典型的高抗冲击性能和延展性的韧性断裂的表现。图.4中的凹坑不均匀比图.5中的凹坑尺寸大，在图.5中凹坑尺寸小并且均匀分布。样品1的晶粒尺寸比样品2的大。含稀土元素的样品2室低温冲击试样，冲击能量非常高，这是因为Ce降低奥氏体晶界的界面张力和界面能，减少晶体增长的动力，使晶体增长在较高的温度范围内，达到细化晶粒的目的;此外，稀土元素化合物的小固体颗粒，提供异质形核，并在晶界聚集，阻止晶粒长大，为炉外精炼钢水提供更好的热力学条件，为了得到进一步的原因，分析稀土元素对管线钢冲击韧性的影响，观察这个样品的冲击断口形貌。由于图.5所示：有凹坑且分布均匀，晶粒小而均匀，有没有罕见的包裹。以此推断样品2的冲击能量显示了其良好的断裂韧性。 图4断口形貌的影响样品1 图5断口形貌的影响样品23结论准备含与不含稀土元素的X65管线钢钢锭，用真空感应熔炼炉熔炼，分析了组织和测试的稀土元素含量，实验结果表明：（1）研究的稀土元素对X65管线钢的组织和力学性能的影响，分析了锻造状态的影响，正火，正火和等温退火，正火的组织和力学性能的亚低温过程。结果表明：Ce对于X65管线钢的组织和力学性能有显著的影响，Ce可细化晶体，以提高性能，含稀土元素的样品组织晶粒比不含稀土元素样品的小很多。（2）在条件4，含稀土元素的X65管线钢热处理后的组织小而均匀，主要是有少量的针状铁素体和多边形铁素体，珠光体很少，力学性能远高于不含稀土元素的条件2。在条件4含稀土元素钢的力学性能，屈服强度为 453MPa，拉伸强度为 500MPa，常温和低温冲击能量分别为424.84J，305.72J。 （3）X65管线钢不含稀土元素的样品1有凹坑，这些凹坑不均匀，凹坑尺寸大于含稀土元素样品的尺寸，样品1晶粒尺寸明显比样品大2的大。含稀土元素的管线钢的凹坑尺寸小和分布均匀，含稀土元素的样品2的冲击能量都较高。参考文献：1 赵明春，山伊尹，曲金波，杨柯.热机械控制工艺对X60管线钢的微观结构和力学性能.金属学报（中国），2001，37（2）：179.2 李玉芝.管道在钢铁生产的发展和特点.武汉冶金科技大学（中国），1994，17（2）：136.3 张红梅，徐云波，刘振宇，王国栋.控制冷却对X65管线钢的组织细化和力学性能的影响.东北大学学