铒对高硫钢夹杂物及力学性能的影响

《METALLURGICAL AND MATERIALS TRANSACTIONS A-PHYSICAL METALLURGY AND MATERIALS SCIENCE》：Effect of Erbium on Inclusions and Mechanical Properties of a High Sulfur Steel

添加铒（Er）可改变高硫钢中MnS夹杂物为球形Er基夹杂物，抑制MnS析出，细化奥氏体晶粒，降低碳含量，从而提升强度和韧性，硬度从14.2 HRC增至22.3 HRC，屈服强度和冲击能随Er含量变化，140 ppm时综合性能最优。

　　

摘要

为了提高高硫钢的性能，在冶炼过程中加入了稀土元素铒（Er），并系统研究了不同总铒（T.Er）含量对夹杂物特性、微观结构及机械性能的影响。随着T.Er含量的增加（从0 ppm增加到270 ppm），夹杂物依次从MnS→MnS-Er₂O₂S→Er₂O₂S-Er₂S₃→Er₂S₃演变。长条状的MnS夹杂物逐渐转变为分布均匀的球形含铒夹杂物。加入铒后，Er₂O₂S和Er₂S₃的形成消耗了硫元素，从而抑制了MnS的析出。这些含铒夹杂物具有球形形态，硬度高于MnS，从而提高了夹杂物的变形抗力。随着T.Er含量的增加，长宽比小于3的夹杂物比例从34.47%上升至99.08%，而夹杂物数量密度从210.8个/mm²下降到53.1个/mm²。钢的微观结构主要由层状珠光体和网络状铁素体组成。由于碳含量降低、奥氏体晶粒细化以及含铒夹杂物的存在，铁素体比例在T.Er含量为140 ppm时达到最大值（37.04%）。相应地，高硫钢的硬度从0 ppm时的14.2 HRC提高到了270 ppm时的22.3 HRC。力学测试表明，屈服强度和冲击能量随T.Er含量的变化而变化：在T.Er含量分别为0 ppm、52 ppm、94 ppm、140 ppm和270 ppm时，屈服强度分别为494.8 MPa、488.6 MPa、465.5 MPa、498.0 MPa和520.6 MPa，冲击能量分别为34.35 J、60.55 J、60.25 J、67.45 J和49.45 J。总体而言，添加铒有效改善了MnS夹杂物的形态，细化了奥氏体晶粒，并提高了钢材的强度和韧性，展示了其在提高含硫钢性能方面的潜力。