孙宇

摘  要：防护钢板是船只运输的重要材料，防护钢板的性能关系到船只在海洋中的行驶，从防护钢板材质构成上来看，稀土铈对特种防护钢板会产生较强的净化能力，且能够改变钢材中夹杂物的形态，提升防护鋼的硬度和抗变形能力。为此，该文结合我国某地区稀土资源的优势特点，在中碳铬镍钼钢中加入少量的稀土材料来改善防护钢板组织，旨在能够更好地提升材料的综合性能。

关键词：稀土铈  特种防护钢板  船只  组织  性能  影响

中图分类号：TU85文献标识码：A        文章编号：1672-3791（2022）01（b）-0000-00

On the Effect of Rare Earth Cerium on the Microstructure and Properties of Special Protective Steel Plate

SUN Yu1，2

（1. Department of Mechanical and Electrical Engineering， Bohai Shipbuilding Vocational College， Huludao， Liaoning Province， 125100 China; 2. Department of Mechanical Engineering， Tangshan Industrial Polytechnic College，

Tangshan， Hebei Province，063200 China）

Abstract： Protective steel plate is an important material for ship transportation. The performance of protective steel plate is related to the driving of ships in the sea. From the perspective of the material composition of protective steel plate， rare earth cerium has a strong purification ability for special protective steel plate， and can change the form of inclusions in steel， improve the hardness and deformation resistance of protective steel. Therefore， combined with the advantages and characteristics of rare earth resources in a certain area of China， this paper adds a small amount of rare earth materials to medium carbon chromium nickel molybdenum steel to improve the structure of protective steel plate， in order to better improve the comprehensive properties of the materials.

Key Words： Rare earth cerium; Special protective steel plate; Ships; Microstructure; Performance; Influence

在社会经济的快速发展下，海洋环境中船只对特种防护钢板的需求不断增加。高强度低合金钢板是船只力学构造中的重要支撑载体。在大气、海水等腐蚀介质的影响下，钢板材料的腐蚀对船板载体的使用寿命产生了深刻的影响，普通的高强度低合金钢板在大气环境下的耐腐蚀性较差，而在其中添加适量的合金元素能够改善高强度低合金结构钢板的耐腐蚀性能。

1船只常用防护钢

1.1船只钢板加工所使用的防护钢材料概述

海洋能源开发在我国社会经济发展中占据较大的比重，碳钢、低合金钢板以其低廉的价格、高强度的属性、加工方便的特质被应用到船舶海洋工程，成为船只加工的主要材料。但是受海洋环境的影响，常规使用的碳钢、低合金钢会遭受不同程度的腐蚀破坏，最终会降低钢板材料的使用寿命。如何提升钢铁材料的抗腐蚀性是相关人员需要思考和解决的问题[1]。

1.2稀土在钢中的应用作用

第一，净化作用。稀土对钢中的氧元素、硫元素会表现出较强的亲近性，能够和钢中的氧、硫融合在一起这些硫化物会在氧硫化物最外部包裹起来，从而形成复合夹杂物或者稀土硅酸盐化合物。这些稀土氧化物和稀土硅酸盐化合物会顺利从钢中排出，从而净化钢液。第二，变质作用。稀土化合物在钢液凝固的时候会以分散、微小球状物存在的，且在热加工的过程中稀土夹杂物不会出现变形，稀土夹杂物会替代硫化锰夹杂物，由此减少钢中硫化锰夹杂的危害。第三，微合金化作用。在微量稀土元素固溶强化、稀土元素和其他融进钢铁材料元素交互作用的影响下，微合金化能够提升钢铁材料本身的强度和韧性得到提升[2]。

2 稀土对防护钢显微组织和夹杂物的影响

2.1试验钢的化学成分分析

试验钢化学成本分析如表1所示。钢铁中稀土的收得率、脱氧率、脱硫率如表2所示。根据表1和表2的数据信息可以得出，在添加稀土之前的装甲钢汇总的氧元素、硫元素含量处于一个较低的水平，钢液比较纯净，但是在加入稀土之后试验钢中的氧元素和硫元素含量会出现持续性降低的情况，稀土的脱硫、脱氧效果会充分展现出来[3]。

2.2稀土度试验钢显微组织的影响

添加稀土和不添加稀土防护钢在显微镜的观察下会发现存在大量狭长的平行板，且总体呈现出群落组织。船只低合金钢板条状马氏组织会随着稀土含量的增加而不断增加。对试验钢对应的原始性奥氏体晶体颗粒形貌和大小进行统计，每一个试样统计4个金相照片，最终统计分析发现，稀土加入量越多，晶体颗粒的尺寸就越小[4]。

2.3稀土对试样钢夹杂物的影响

第一，稀土对硫化物夹杂的影响。稀土硫氧化加工过程中的不会出现变形，长条形状的硫化物夹杂会在加工中消失，新生成的夹杂物会替代原本的硫化锰夹杂物，由此会提升钢的性能。第二，夹杂物级别鉴定和大小的测量。在防护钢中加入稀土后，稀土元素和硫元素之间会发生反应，新的生成物会净化钢液，改变夹杂物的形貌和大小。在钢材热加工的时候，形成的圆形稀土加载无会改善其力学性能[5]。

3稀土对防护钢常温环境下力学性能的影响

3.1稀土对防护钢硬度的影响

在对测试样品的硬度开展测试分析之后得到了7组数据，去掉最大值和最小值之后计算数据。在加入稀土之后，伴随稀土含量的增加，试验钢中的维氏硬度会得到增加，相应的，在提升船只低合金钢板抗腐蚀性能方面也显示出良好的效果。经过上文分析发现，稀土和钢相互作用的一个重要优点是细化金属晶体中的颗粒，在微量稀土元素在钢中固溶的时候会最开始在晶界位置上存在，在晶体的晶界位置上会出现较大的畸变。船只低合金钢板硬度随着稀土含量增加发生的变化如图1所示。

3.2稀土对防护钢室温拉伸性能的影响

从定义上来看，拉伸强度是材料 使用过程中所能够承受的最大应力数值，屈服强度代表的是压力增加情况下荷载的变化。在实验操作中，通过对稀土船只低合金钢板拉伸性能影响因素的分析，具体包含加入稀土之后试验钢屈服强度、抗拉强度、伸长率变化来确定一系列的参数[6]。

3.3室温拉伸实验的数据分析

试验钢拉伸试验测试结果如表3所示，根据表3的数据信息可以发现，在添加Ce之后，船只低合金钢板的抗拉强度会提升，屈服强度、伸长率也会在一定程度上提升，在此期间，试验钢的强度会从1 220.11 MPa增加到1 284.08 MPa。在实验操作中各个样本都没有出现屈服的现象，由此确定防护钢板屈服强度是拉伸试样发生的0.2%比例塑性变形时的应力数值。

3.4稀土对试验钢冲击性能的影响

3.4.1室温冲击实验数据分析

对每个实验小组开展3次平行试验，在3次平行试验中提取平均数值。通过对3次实验数值的分析发现，伴随稀土含量的增加，试验钢的冲击力也会相应的增加。没有添加稀土的试验钢冲击功为38.5 J，加入0.084%比例稀土的试验钢的冲击力为50.8 J。

3.4.2冲击实验断口形貌的观察分析

对没有加入稀土的船只低合金钢板冲击试样断口形貌观察分析我们发现，冲击断口会呈现出平坦的状态，多数韧窝比较小，尺寸基本一致。通过上文对钢中夹杂物的深入分析发现，没有加入稀土的钢中夹杂物是硫化锰夹杂物，这类钢材在加热之后很容易出现变形。长条硫化锰夹杂的自身塑性较好，基体钢塑性和硫化锰夹杂钢相比，其塑性较差。

4结语

综上所述，该文以船只低合金钢板作为基本研究对象， 在其中加入稀土之后，借助显微镜的显微组织来了解其中的钢夹杂物、常温力学性能变化、热变形行为，最终得出以下的结论：（1）稀土在钢中的添加會使其组织结构更加均匀，颗粒的细化程度得到提升。（2）稀土在钢中的增加会使得夹杂物从不规则的长条形硫化锰夹杂物转变为球状、椭球形状的稀土化合夹杂物。（3）在加入稀土之后防护钢的常温力学性能会有所改善，其硬度、抗拉强度、屈服强度、伸长率、冲击率等也会发生相应的变化。

参考文献

[1]  王吉，徐世文，田政，等.镧铈混合稀土对AlSi10MgMn合金组织及性能的影响[J].特种铸造及有色合金，2020，40（8）：906-910.

[2]  赵丹，侯金明，马青青，等.稀土铈对Ni-P镀层组织和性能的影响[J].表面技术，2020，49（6）：284-289.

[3]  李海红，刘晓，李杨，等.稀土铈对含铅杂铜显微组织和力学性能的影响（英文）[J].Transactions of Nonferrous Metals Society of China， 2020， 30（6）：1574-1581.

[4]  马敏，叶蔚，闫晓东，等.微量稀土铈对纯铝组织及耐蚀性能的影响[J].稀有金属，2020，44（1）：56-62.

[5]  杨梓健，付传起，王宙，等.稀土铈对Ni-Mo-P-PTFE镀层组织结构与防垢性能的影响研究[J].表面技术，2019，48（2）：89-93.

[6]  宋金涛，刘海涛，宋克兴，等.稀土铈与磷相互作用对纯铜晶粒尺寸和导电性能的影响[J].材料导报，2021，35（S2）：329-332.