稀土对Nb-Ti微合金模具钢中大尺寸复合碳氮化物的抑制机理

In order to effectively inhibit the formation of harmful large-size composite microalloying carbonitrides found in the Nb-Ti-microalloyed die steel, Rare Earth is added in microalloyed H13 steel to modify the oxide containg Mg,Al , which is the original site for the growth of above large-size composite carbonitrides, with an aim to improve the deformation performance and raise service life of die steel. The modified RE oxide has less crystal lattice matching with carbonitrides that are formed during freezing process, which is benificial to inhibit the growth of carbonitrides over the oxide formed early and reduces the possibility of combined formation of both oxide and carbonitrides.This application will make clear the critical condition between addition of RE and forming elements of the oxide. The precipitation and growth mechanism will be confirmed and the optimum type of RE oxide is decided. This new metallugical process which is put forward to suppress the formation of harmful large-size carbonitrides in the Nb-Ti-microalloyed die steel has important academic and pratical values for the development of new die steels.

为了有效抑制Nb-Ti微合金模具钢中所发现的大尺寸有害复合碳氮化物，改善模具钢加工性能和提高使用寿命，申请人以H13钢为代表，通过添加稀土元素改质大尺寸碳氮化物内部的初始镁铝氧化物核心，使改质后所形成的稀土氧化物与后期凝固生成的复杂微合金碳氮化物不具有良好的晶格匹配性，抑制了该碳氮化物在该稀土氧化物上的生长，有效降低了由于氧化物和碳氮化物复合叠加生长的可能性，达到控制大尺寸碳氮化物的目的。通过本项目的实施，明确改质所需的稀土含量与氧化物形成元素含量之间的临界条件，阐明凝固过程中碳氮化物的析出和生长规律，提出起到有效改质效果的稀土夹杂物类型。为有效抑制Nb-Ti微合金模具钢中大尺寸有害复合碳氮化物提供了一种新工艺，对该类模具钢新品种的开发具有重要的学术价值和实际指导作用。

本项目以“稀土对H13钢中大尺寸一次碳化物的抑制机理”为背景开展了一系列研究工作。重点研究了一次碳化物的三维特征、稀土Ce对一次碳化物的影响机理，取得了以下4个方面的主要研究结果：.（1）阐明了稀土Ce对Mg-Al-O系夹杂物的改质机理，明确了Mg-Al-O、Ce-Al-O、Ce-O以及Ce-O-S各类夹杂物与一次碳化物之间的匹配关系；.（2）查明了H13钢中一次碳化物的析出机理，得到了一次碳化物的三维特征、热稳定性以及完全抑制富Ti类一次碳化物所需的Ti含量；.（3）明确了稀土Ce对H13钢中一次碳化物尺寸的作用效果以及相应的作用机理，得到了形核率的提高是降低一次碳化物三维尺寸的关键；.（4）研究了冷速和Ce-S形核剂对于H13钢的凝固组织和一次碳化物三维尺寸的作用机理。.以上重要研究结果在本行业高水平期刊上发表重要学术论文共34篇，授权发明专利1项。本项目研究内容为控制H13钢凝固过程中大尺寸一次碳化物的三维尺寸提供了很好的理论指导。