稀土铈对20CrMnTi钢中TiN相析出热力学计算及分析

作     者：王健 彭军 张芳 彭继华 刘爽 安胜利 WANG Jian;PENG Jun;ZHANG Fang;PENG Jihua;LIU Shuang;AN Shengli

作者机构：内蒙古科技大学材料与冶金学院内蒙古包头014000 内蒙古自治区先进陶瓷材料与器件重点实验室(内蒙古科技大学)内蒙古包头014010 教育部轻稀土资源绿色提取与高效利用重点实验室(内蒙古科技大学)内蒙古包头014010 内蒙古科技大学稀土产业学院内蒙古包头014010 

出 版 物：《钢铁》 (Iron and Steel)

年 卷 期：2024年第59卷第4期

页      面：66-73,84页

核心收录：

学科分类：08[工学] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(52264044) 内蒙古自治区自然科学基金资助项目(2022L HMS05009,2022MS05017) 

主　　题：齿轮钢 稀土铈 微合金化 夹杂物 形核核心 

摘      要：TiN夹杂物尺寸和形貌对20CrMnTi齿轮钢产品质量、服役性能均有影响,控制TiN析出尺寸及形貌是提高20CrMnTi钢服役稳定性的关键。利用计算及试验等方法,对添加稀土铈元素前后20CrMnTi钢中TiN夹杂形核行为进行了研究。并对钢中夹杂物形貌、种类、尺寸等进行了表征及统计分析;研究了稀土铈对20CrMnTi钢中TiN夹杂物改质的行为机理。结果表明,热力学计算TiN析出温度为1744 K。温度为1873 K时,钢液中无法析出TiN等夹杂物,即TiN只能在钢液凝固过程中析出长大。当钢中钛质量分数大于0.03%时,Ti-N平衡趋于平缓,温度对其析出影响相对较小,并且20CrMnTi钢中析出的TiN易富集长大形成大尺寸含钛夹杂物。加入稀土铈元素后,钢中会形成Ti、O、Ce、Al、N等元素富集的复合相,该复合相棱角收缩,外形为球形或者椭球形状,较TiN、Al_(2)O_(3)-TiN夹杂物尺寸更小。经相鉴定分析可知,该复合相为钢中稀土铈与Al_(2)O_(3)反应生成的CeAlO_(3),可作为TiN夹杂物的形核核心,形成椭球型的CeAlO_(3)-TiN复合夹杂物,进而达到改质含钛夹杂物的目的。铈元素加入后,钢中含TiN夹杂物总面积并没有减小,但形成了更为细小的含TiN复合相CeAlO_(3)-TiN。因形成尺寸更小的复合夹杂物CeAlO_(3)-TiN,使钢中尺寸大于5μm夹杂物占比降低了17.2%,细化了钢中含TiN夹杂物,有效减小了钢中TiN夹杂物尺寸,从形貌和尺寸上,达到改质钢中TiN的效果。