우리모두알다시피, 철강재료에적절한양의희토류원소를첨가하면재료의구조와성능에상당한영향을미칩니다. 일반적으로철강의희토류원소는 0. 05%~0. 20%로첨가됩니다. 희토류와철의원자반경비율이 15 %를훨씬초과하고희토류와철의전기음성도차이가매우크기때문에고용체형성에도움이되지않으므로강철에서희토류의용해도가매우낮습니다. 강철에존재하는대부분의희토류원소는희토류화합물, 주로희토류산화물과희토류황화물의형태로존재합니다.
시안항공직업기술대학은주강에희토류원소를첨가하는것이구조와성능에미치는영향에대한연구를수행했습니다. 시험재료로 ZG35CrMnSi 주강을사용했고, 희토류첨가제는혼합희토류를사용했습니다. 시험재료에일정량의유황이포함되어있고희토류원소첨가시손실이있음을고려할때 희토류첨가범위는 0. 23 % ~ 0. 38 %이며,이첨가량은제련시용강에첨가된 총희토류양을나타냅니다. 희토류원소첨가유무에따른두 샘플세트의구조와성능을비교합니다. 강철주조는중간주파수유도용광로에서제련되고주조는인베스트먼트주조로준비됩니다. 그런다음시험편을 900°C+670°C로가열하여공랭시킨다음 890°C로가열하여기름에담금질한다음 570~630°C로불을붙입니다.
비교테스트결과희토류는주강의강도에는거의영향을미치지않지만주강의인성에는상당한영향을미치는것으로나타났습니다. 충격인성은 43% 증가하고연신율은 13. 3%. 미세구조검사에따르면희토류원소가없는주강구조의강화소바이트는상대적으로거칠고입자크기는약 5이며, 그중회색덩어리는전체검사표면에분포되지않는 MnS 내포물입니다. 일반적으로 MnS의형태는대부분각진형태입니다. 희토류원소가있는주강의샘플구조는균일하고미세한강화소르바이트이며입자크기는약 8-9입니다. 희토류원소를첨가한후 주강의구조가개선될수 있음을보여줍니다.
또한희토류원소를첨가한후 강철의탈황효과는분명하지않지만 MnS의형태에더 큰영향을미칩니다. 희토류원소를첨가하지않으면강철의 MnS는가장자리와모서리가있는스트립또는블록모양이며희토류원소를첨가한 후황화물은대략구형이며희토류원소가없는샘플에비해분포가상대적으로분산되지만몇 군데에서만스트립또는블록황화물내포물을볼 수있습니다. 희토류원소가없는시료의골절에서 MnS는농축되고수지상입니다. MnS 포함영역의골절은주로입계골절이며입계 2 차균열은국부적으로볼 수있습니다.
희토류원소가포함된샘플에서골절은연성입계골절입니다. 황화물이농축된영역에서도매트릭스금속은여전히연성횡과립골절입니다. 희토류원소를첨가한주강은수지상황화물을제거하고구형또는비각형막대와거대한희토류황화물로변화시켜인성향상에도움이됩니다.
연구에따르면희토류원소정제의원리는다음과같은이유때문일수 있다고합니다:
(1) 강철에희토류원소를첨가하여형성된황화물및 산화물개재물은강철의비 자발적인결정핵이되어등축결정을정제하고원주결정영역을단축시킬수 있습니다.
(2) 고체상에서희토류원소의용해도는매우작습니다. 용융강철이응고되면희토류는성장하는결정앞쪽의액상에서농축되어결정이성장하는것을방지하여입자를정제합니다.
(3) 희토류원소는입자경계에축적되고합금의계면장력을감소시키며입자성장의추진력을감소시켜오스테나이트입자의성장을억제하는경향이있습니다. 이에따라담금질에의해형성된박편마르텐사이트도더 작아집니다. .
