稀土铈对钛微合金化钢中钛化物析出行为影响研究

There are more studies on the effects of the addition of rare earth or titanium on the microstructure, inclusions and properties of steel. But there are less studied on the relationship between the addition of rare earth and the secondary precipitates of titanium in titanium microalloyed steel. The relationship between the precipitation temperature, type and quantity of compound containing titanium in the rare earth and titanium microalloyed steel is calculated by the FactSage thermodynamic software. The experimental steel composition will be designed based on the calculation results. The second phase particle of the experimental steel is analyzed and statistics by using the SEM-EDS and the special second phase analysis software of the energy spectrum. The phase and particle size of inclusions obtained by electrolysis with non-aqueous solution would be measured by XRD and Laser particle size analyzer. The application of DSC to the isothermal differential thermal analysis of experimental steel will be carried by DSC. Combined the thermal analysis results with dynamic model, the effect of rare earth on the precipitation kinetics of compounds containing titanium will be obtained. The results of the study will provide theoretical guidance for better use of microalloying elements to improve the properties of steel.

钢中添加稀土或钛对钢组织、夹杂物和性能的影响研究都较多，但稀土对钛微合金化钢中钛的第二相析出物研究较少。本项目拟应用FactSage热力学软件对稀土与钛微合金化钢中析出钛化物的温度、种类和数量间关系进行计算，根据计算结果，设计实验钢成分。应用SEM-EDS和能谱专用第二相分析软件，对实验钢的第二相粒子进行分析统计，并对非水溶液电解所得夹杂物进行物相和粒度分析，以获得稀土对钛化物析出过程热力学的影响规律。应用DSC对实验钢进行等温差热分析，结合动力学模型，对稀土对钛化物析出动力学影响规律进行研究。项目将较为系统地研究钢中添加稀土Ce量与钛微合金化钢中钛化物析出过程的热力学和动力学间关系，为更好地利用微合金化元素改善钢材性能提供理论指导。

钛微合金化能够提高钢材性能，但有其局限性，比如析出规则的Ti(C，N)，尺寸较大时，降低钢材性能。项目通过稀土Ce对Ti(C，N)第二相进行变质处理，研究了Ce的不同加入量下对TiN和TiC第二相形貌和尺寸的影响，并对动力学行为进行了探讨。. 当稀土Ce加入量为100ppm时，钢中TiN夹杂物数目减少，颗粒被细化，当稀土的加入量为200ppm， N含量较小时，稀土Ce细化了TiN夹杂，而N含量较高时，反而促进了TiN大颗粒夹杂的生成。在N含量不高时，含Ce异质形核夹杂中Ti的存在方式为TiO的形式。N含量的升高，使得在含Ce异质形核夹杂的外层出现TiN，加稀土Ce为100ppm的中N试样核心位置仍含有部分TiO，并经计算得TiO、TiN以Al2O3、CeO2、MgO形核晶面错配与晶向错配度均低于10pct被认定为是有效形核核心。未添加稀土时，钢中主要存在长条状的TiC和方形的MgS-TiC，当钢中稀土含量为27ppm时，TiC复合夹杂主要为CeAlO3-TiC，多为不规则形状；当钢中Ce含量为74ppm和130ppm时，TiC复合夹杂主要为Ce2O2S-TiC、CeS- TiC，其中Ce2O2S-TiC多呈近球形，CeS-TiC大多呈多边形；当钢中Ce含量为190ppm时，复合夹杂主要为CeP-TiC，大多呈长条状。通过边-边匹配模型的计算，Ce2O2S、CeS、MgS、MgO能够成为TiC良好的形核核心。钛微合金钢经过热处理后，热处理冷却速度越快，TiC析出尺寸越小，但是较快的冷却速度会降低TiC的析出数量。含稀土钢和未含稀土钢经过同样工艺的热处理，含稀土钢中析出的TiC平均尺寸较小，数量较多。. 项目用稀土Ce对Ti(C，N)变质处理，降低了Ti(C，N)第二相尺寸，同时使其球化，降低了该类夹杂物对钢材性能的不利影响，具有较大的经济社会效益和应用前景。