[发明专利]采用稀土微合金化改善低合金贝氏体钢低温冲击韧性方法

说明书

本发明属于钢铁材料领域，具体为一种采用稀土微合金化改善低合金贝氏体钢低温冲击韧性的方法，适应于解决低合金贝氏体钢大型铸锻件心部淬不透，低温冲击韧性偏低且不稳定问题。该方法通过在钢水VD/VOD/AOD/RH处理后，钢水中氧含量低于30ppm，硫含量低于30ppm时，按照吨钢添加0.1～0.5kg氧含量不超过150ppm的高纯La、Ce或La+Ce稀土合金，而后进行适当的软吹处理，达到使部分稀土固溶在钢中的目的，进而实现通过稀土元素强烈的微合金化抑制材料固态相变过程中碳扩散，提升低合金贝氏体钢淬透性，改善材料低温冲击韧性的目标，进而解决当前低合金贝氏体钢大型铸锻件，由于淬火冷速有限导致心部获得粗大的粒状贝氏体组织，低温冲击韧性偏低且不稳定问题。

技术领域

本发明属于钢铁材料领域，具体为一种采用稀土微合金化改善低合金贝氏体钢低温冲击韧性的方法，通过在低氧低硫钢水中添加微量的低氧纯稀土合金，提高稀土固溶比例，发挥稀土元素微合金化功能，抑制贝氏体相变过程中的碳扩散，细化低合金钢贝氏体钢显微组织，提高大型铸锻件所用低合金贝氏体钢低温冲击韧性及其稳定性。

背景技术

低合金贝氏体钢具有较好的强韧性以及优异抗氢脆性能，被广泛应用于核电缸体、海洋平台、大型加氢反应器以及某些对材料强度、低温韧性和加工性能有较高要求的部件上。在传统工业应用条件下，这些低合金贝氏体钢件的标准热处理工艺为淬火+高温回火。对于实际生产的低合金贝氏体钢大型铸锻件，由于热处理过程中淬火冷速不足，使得铸锻件心部淬火组织中获得较为粗大的粒状贝氏体，导致淬火后及其高温回火后锻件心部低温冲击韧性偏低或波动现象，不仅造成铸锻件产品合格率低，同时也给材料性能评定带来不确定性。

粒状贝氏体是介于珠光体和上贝氏体温度区间连续冷却下的一种贝氏体组织，由于相变温度区间较高，相变过程中碳元素具有较强的扩散能力，故其常以贫碳的贝氏体铁素体基体和富碳的M‐A(马氏体和/或奥氏体)岛组成。一般认为，这种粒状贝氏体中粗大的富碳M‐A岛及其高温回火分解产物是造成材料冲击韧性偏低或波动的主要原因。前期大量研究表明，降低贝氏体相变温度或碳元素扩散速率能够细化粒状贝氏体(包括细化贝氏体铁素体尺寸以及M‐A岛尺寸)、降低富碳M‐A岛的中碳富集程度、改善M‐A岛的分布位置。进而，提高淬火态或调质态的粒状贝氏体钢低温冲击韧性。

稀土元素作为一类化学活性高的元素，不仅在钢中容易与氧及硫等杂质元素反应生成夹杂物而起到变质夹杂物作用，而且可以以固溶形式微量存在于钢中，起到强烈的微合金化作用，特别是对于低碳低/微合金钢来讲微合金化作用更为显著。稀土在低合金贝氏体钢中微合金化作用主要是通过抑制贝氏体相变过程中碳元素的扩散，起到延迟贝氏体相变，使贝氏体在更低温度区间形成，避免或细化淬火热处理时粗大粒状贝氏体的形成，进而达到改善低合金贝氏体钢低温冲击韧性的目的。

然而，要使稀土在钢中以固溶形式存在才能发挥稀土微合金化效应，故稀土添加至钢液前，必须严格控制好钢液中氧以及其它杂质元素，如：S、P等含量，以及加入的稀土金属中的氧含量。因此，该发明工艺强调稀土添加前，采用合适的脱氧脱硫方式降低钢液中的氧硫含量，同时对加入的稀土金属中氧含量、加入稀土量等进行限制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种采用稀土微合金化改善低合金贝氏体钢低温冲击韧性的方法，解决目前低合金贝氏体钢大型铸锻件淬火冷速有限，心部得到粗大粒状贝氏体，低温冲击韧性偏低或不稳定的问题。

本发明的技术方案是：

一种采用稀土微合金化改善低合金贝氏体钢低温冲击韧性方法，包括以下步骤：

(1)在钢水经过VD/VOD/AOD/RH处理后期，钢水中氧含量低于30ppm，硫含量低于30ppm时，添加符合要求的纯稀土或稀土合金，添加稀土后进行软吹处理，促进稀土反应产物的上浮去除；

(2)按照吨钢添加0.1～0.5kg氧含量不超过150ppm的纯La、Ce或La+Ce稀土合金，纯稀土使用铁箔包裹或者其他钢制容器盛装；