稀土在铁素体不锈钢410S中的作用研究

李 铁 王宏霞

(山东泰山钢铁集团有限公司，山东271100)

稀土在铁素体不锈钢410S中的作用研究

李 铁 王宏霞

(山东泰山钢铁集团有限公司，山东271100)

通过在铁素体不锈钢410S中添加不同含量稀土试验，系统分析稀土对钢中夹杂物含量、成分、钢带组织以及加工性能的影响，初步确定了稀土加入量。

稀土；铁素体不锈钢410S；夹杂物；钢带组织

410S作为铁素体不锈钢中Cr含量较低的一种，价格低廉兼具良好的加工性能，得到了市场的青睐。但冷轧后的表面缺陷、冲压开裂等质量问题影响了客户使用。稀土被誉为工业“维生素”，在我国具有资源优势，近年关于稀土在不锈钢中的应用受到了大量关注[1-5]。利用稀土具有的净化钢液、变质夹杂物、微合金化及细化晶粒等作用提升410S品质具有一定的意义。

本文通过在410S中添加不同含量稀土的试验，证实了稀土在410S中所起的作用，并初步确定了加入量。

1 试验材料及方法

选取工业生产的3炉410S为试验对象，氧含量低于20×10-6，在LF精炼阶段，分别添加钢液质量比为0.02%、0.03%、0.04%的镧、铈混合稀土，成分见表1。连铸坯规格为200 mm×1240 mm，后经热轧至3.0 mm厚，再做790℃的退火热处理。

表1 410S化学成分(质量分数，%)Table 1 Chemical compositions of 410S (Mass, %)

采用金相显微镜、扫描电镜和能谱仪等检测手段，全程取样分析。

2 试验结果与讨论

2.1 稀土对夹杂物的影响

2.1.1 稀土对夹杂物数量及最大尺寸的影响

未添加稀土与试验炉次的410S板坯夹杂物数量对比见图1，试验数据为金相显微镜下放大100倍，检测面积约2 cm2的检测结果。由图1可见：RE为0%的板坯中d<10 μm的小颗粒夹杂物每平方厘米约15个，d≥10 μm的大颗粒夹杂物每平方厘米约8个；试验炉次中RE为0.02%的两类夹杂物数量都没有减少；RE为0.03%和0.04%的两炉d<10 μm的夹杂物数量变化也不明显，但d≥10 μm的大颗粒夹杂物每平方厘米数量均为3.5个，减少明显。

图1 板坯夹杂物含量对比Figure 1 Comparison of inclusion content in slab

由图2中检测结果表明：添加适量稀土对减少大颗粒夹杂物(d≥10 μm)的数量和细化夹杂物均有一定作用，加入量过低效果不明显。原因分析，由于稀土与氧的亲和力很强，加入钢液中的稀土首先与氧结合，使原来的夹杂物变为稀土夹杂物，稀土夹杂物溶解度很低，且凝固温度较高(熔点在1900～2000℃之间)，容易随钢渣排除，从而使钢液中夹杂物数量减少；稀土夹杂物形成的同时也促进夹杂物互相吸附和聚集，夹杂物不断聚集长大，易于上浮，被钢渣吸附，最终起到减少和细化夹杂物的效果。

2.1.2 稀土对夹杂物组分的影响

未添加稀土和添加稀土炉次的板坯夹杂物成分能谱分析如图3所示。板坯中夹杂物成分对比见表2和表3。

未添加稀土的410S夹杂物以镁铝尖晶石为主，添加稀土后夹杂物变质为以稀土氧化物为主。说明钢液中加入的稀土除一部分固溶到基体中外，其余部分已经存在于夹杂物中，形成了稀土氧化物，起到变质夹杂物的作用，该类夹杂的变形能力较镁铝尖晶石等脆性夹杂强，在轧制变形中不易产生裂纹，有利于提高钢带的加工性能[3]。

图2 板坯中最大夹杂物尺寸的对比Figure 2 Comparison of maximum inclusion size in slab

(a)未添加稀土成分(b)添加稀土成分图3 板坯夹杂物成分能谱分析Figure 3 Energy spectrum analysis of inclusion in slab

表2 未添加稀土炉次夹杂物成分(质量分数，%)Table 2 Inclusion composition of heat without rare earth addition (Mass, %)

表3 添加稀土炉次夹杂物成分(质量分数，%)Table 3 Inclusion composition of heat with rare earth addition (Mass, %)

2.2 稀土对钢带组织的影响

钢带退火组织为铁素体+碳化物，如图4所示。由图4可见：RE为0%的组织不均匀，存在明显的大块长条状铁素体，晶粒度为5.5级；RE为0.02%的晶粒度为6.5级；RE为0.03%的晶粒度为6.5级；RE为0.04%的晶粒度为7.0级。因此，添加稀土的钢带组织均匀性更好。钢中固溶的稀土元素往往分布在晶界上，表面张力降低，在晶粒长大过程中对晶界起拖拽作用，减缓晶粒长大，起到细化铁素体晶粒的作用。

2.3 稀土对钢带加工性能的影响

钢带力学性能检测结果如表4所示。试验炉次钢带非比例延伸强度、抗拉强度及伸长率较未添加稀土钢带均有提高，RE为0.03%的钢带伸长率检测值为32.5%，与RE为0%的钢带伸长率相比提高了约12%。材料的加工性能与夹杂物的种类、数量、分布以及组织状态等有关，加入稀土后，410S钢水纯净度得到了提高，夹杂物由脆性变为塑性，均有利于钢带加工性能的提高。

表4 力学性能检测结果Table 4 Test results of mechanical property

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

图4 钢带退火组织
Figure 4 Annealed microstructure of steel strip

3 结论

410S中添加适量稀土可减少变质夹杂物，改善钢带组织，提高加工性能。综合考虑加入量初步控制在0.03%。

[1] 王龙妹，朱桂兰，徐军，等.稀土在430铁素体不锈钢中的作用及机理研究[J].稀土，2008,29(1):67-71.

[2] 刘晓，王龙妹，陈雷，等.稀土在双相不锈钢中的应用研究[J].稀土,2011,32(2):76-81.

[3] 赵振铎，陈金龙，范光伟.稀土型铁素体不锈钢430组织及韧性研究[J].中国稀土学报，2012,30(1):97-101.

[4] 郑峰，程挺宇，张巧云.稀土元素铈在不锈钢中的应用及研究发展[J].有色金属,2011,63(1):78-80.

[5] 王宏霞，李铁，王俊海.410S冷轧钢带表面麻点缺陷分析[J].中国重型装备,2017,(1):52-54.

编辑 陈秀娟

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

李铁(1987—)男，本科，从事不锈钢产品研发及质量异议分析等工作。

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