AlN和Zr微合金化对齿轮钢热塑性及渗碳处理晶粒度的影响

杨飞飞; 徐海卫; 耿豪; 季晨曦; 狄国标

doi:10.20057/j.1003-8620.2023-00020

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

AlN和Zr微合金化对齿轮钢热塑性及渗碳处理晶粒度的影响

成形与相变 | 更新时间：2026-01-21

- AlN和Zr微合金化对齿轮钢热塑性及渗碳处理晶粒度的影响
- Effect of AlN and Zr Microalloying on Thermoplasticity and Grain Size of Carburized Gear Steel
- 特殊钢 2023年44卷第4期页码：94-101
- 作者机构：
  
  1.首钢集团有限公司技术研究院，北京 100043
  2.绿色可循环钢铁流程北京市重点实验室，北京 100043
  3.北京市能源用钢工程技术研究中心，北京 100043
  4.首钢京唐钢铁联合有限责任公司，唐山 063200
  5.北京科技大学，北京 100083
- 作者简介：
  
  杨飞飞（1994-），女，硕士, 助理工程师；E-mail：2420297227@qq.com
- 基金信息：
- DOI：10.20057/j.1003-8620.2023-00020
  中图分类号： TG113
- 收稿：2023-02-18，
  
  纸质出版：2023-08-01
- 稿件说明：
移动端阅览
杨飞飞,徐海卫,耿豪等.AlN和Zr微合金化对齿轮钢热塑性及渗碳处理晶粒度的影响[J].特殊钢,2023,44(04):94-101.

Yang Feifei,Xu Haiwei,Hao Gen,et al.Effect of AlN and Zr Microalloying on Thermoplasticity and Grain Size of Carburized Gear Steel[J].Special Steel,2023,44(04):94-101.
杨飞飞,徐海卫,耿豪等.AlN和Zr微合金化对齿轮钢热塑性及渗碳处理晶粒度的影响[J].特殊钢,2023,44(04):94-101. DOI： 10.20057/j.1003-8620.2023-00020.

Yang Feifei,Xu Haiwei,Hao Gen,et al.Effect of AlN and Zr Microalloying on Thermoplasticity and Grain Size of Carburized Gear Steel[J].Special Steel,2023,44(04):94-101. DOI： 10.20057/j.1003-8620.2023-00020.

摘要

齿轮钢渗碳过程常采用AlN控制奥氏体晶粒长大，然而，AlN大量析出将恶化其热塑性和裂纹敏感性，且1 050 ℃高温渗碳时AlN回溶，钉扎作用减弱。通过设计不同AlN浓度积（［%Al］［%N］）以及Zr微合金化的钢种，研究AlN和Zr微合金化对于20Cr系齿轮钢热塑性和渗碳处理奥氏体晶粒长大行为的影响，结果表明：对于20Cr系齿轮钢，提高AlN浓度积会使其热塑性恶化，塑性低谷（750～900 ℃）向高温区移动。而渗碳过程钢中AlN浓度积较低或Ostwald熟化现象，均会减弱AlN的钉扎晶界效果。因此，将钢中的［%Al］［%N］控制在2.9×10

-4

～5.1×10

-4

之间偏下限控制较为合适。此外，齿轮钢中的Zr在凝固过程中会优先析出粗大的Zr（C，N），而造成AlN析出量减少，削弱钉扎晶界的效果。故需要对N元素含量进行控制，避免粗大高温析出相的出现对AlN造成影响。

Abstract

In the carburizing process of gear steel， AlN is often used to control the growth of austenite grains. however， the large amount of AlN precipitation will deteriorate its thermoplasticity and crack sensitivity， and AlN remelts during high temperature carburizing at 1 050 ℃， the pinning effect is weakened . By designing steel grades at different AlN concentration product （［%Al］［%N］） and Zr microalloying， to study the effect of AlN and Zr microalloying on the growing behavior of thermoplastic and carburization grains of 20 Cr gear steel. The results show that： for 20Cr series gear steel， increasing the AlN concentration product will deteriorate the hot ductility and make the plastic trough （750-900 ℃） to move to the high temperature zone. However， the low AlN concentration product or Ostwald ripening phenomenon during carburizing process will weaken the grain boundary pinning effect of AlN. Therefore， it is more appropriate to control ［%Al］［%N］ in steel at the lower limit between 2.9×10

-4

-5.1×10

-4

. In addition， the Zr in gear steel will preferentially precipitate coarse ZrN during the solidification process， resulting in a decrease in the amount of AlN precipitation and weakening the effect of pinning grain boundaries. Therefore， it is necessary to control the content of N elements to avoid the influence of coarse high temperature precipitation phase on AlN.

关键词

Keywords

references

刘华松，董延楠，郑宏光，等 . Nb微合金化对齿轮钢高温渗碳奥氏体晶粒度的影响［J］. 钢铁研究学报， 2021 ， 33 （ 8 ）： 828 - 838 .

Goldstein J I ， Moren A E . Diffusion Modeling of the Carburization Process ［J］. Metallurgical and Materials Transactions A ， 1978 ， 9 （ 11 ）： 1515 - 1525 .

王毛球，时捷，惠卫军，等 . V-Nb微合金化重载齿轮钢的组织和力学性能［J］. 材料热处理学报， 2007 （ S1 ）： 18 - 21 .

Białobrzeska B ， Konat Ł ， Jasiński R . The influence of austenite grain size on the mechanical properties of low-alloy steel with boron ［J］. Metals ， 2017 ， 7 （ 1 ）： 26 .

Ma L ， Wang M Q ， Shi J ， et al . Influence of niobium microalloying on rotating bending fatigue properties of case carburized steels ［J］. Materials Science and Engineering： A ， 2008 ， 498 （ 1-2 ）： 258 - 265 .

魏民，邓伟，唐海燕，等 . 高温渗碳齿轮钢铝氮含量对奥氏体尺寸的影响［J］. 钢铁， 2022 ， 57 （ 22 ）： 141 - 151 .

Yan B ， Liu Y ， Wang Z ， et al . The effect of precipitate evolution on austenite grain growth in RAFM steel ［J］. Materials ， 2017 ， 10 （ 9 ）： 1017 .

Wang H R ， Wang W . Coupled model for particle dissolution and coarsening in microalloyed steels ［J］. Materials Science and Technology ， 2007 ， 23 （ 11 ）： 1305 - 1308 .

Maehara Y ， Ohmori Y . The precipitation of AlN and NbC and the hot ductility of low carbon steels ［J］. Materials Science and Engineering ， 1984 ， 62 （ 1 ）： 109 - 119 .

紅林豊 . 結晶粒の成長挙動に及ぼす析出物の影響［J］. 電気製鋼， 2000 ， 67 （ 1 ）： 26 - 33 .

王俊彩，曹建春，曾敏，等 . Zr含量对高强韧Ti-Zr微合金化钢奥氏体组织的影响［J］. 钢铁， 2023 ， 58 （ 1 ）： 133 - 140 .

He K ， Baker T N . Effect of Zirconium additions on Austenite grain coarsening of C-Mn and microalloy steels ［J］. Materials Science & Engineering A ， 1998 ， 256 （ 1-2 ）： 111 - 119 .

Maia A R B ， Guinâncio C R ， Germano R L ， et al . Use of zirconium in microalloyed steels ［C］// Advanced Materials Research . Trans Tech Publications Ltd ， 2007 ， 15 ： 834 - 839 .

罗瀚宇，曹建春，曾敏，等 . Zr对Ti微合金化低碳钢形变奥氏体再结晶和析出相的影响［J］. 材料研究学报， 2022 ， 36 （ 2 ）： 123 - 132 .

杨延辉，王毛球，陈敬超，等 . 高温渗碳齿轮钢的研究进展［J］. 特殊钢， 2013 ， 34 （ 1 ）： 22 - 24 .

Barrie ， Mintz J ， Arrowsmith . Hot-ductility behaviour of C-Mn-Nb-Al steels and its relationship to crack propagation during the straightening of continuously cast strand ［J］. Metals technology ， 1979 ， 6 .

Mintz B . Importance of Ar3 temperature in controlling ductility and width of hot ductility trough in steels， and its relationship to transverse cracking ［J］. Materials Science and Technology ， 1996 ， 12 （ 2 ）： 132 - 138 .

Maehara Y ， Ohmori Y . The precipitation of AlN and NbC and the hot ductility of low carbon steels ［J］. Materials Science and Engineering ， 1984 ， 62 （ 1 ）： 109 - 119 .

Mintz B ， Yue S ， Jonas J J . Hot ductility of steels and its relationship to the problem of transverse cracking during continuous casting ［J］. International Materials Reviews ， 1991 ， 36 （ 1 ）： 187 - 220 .

Schwerdtfeger ， Klaus ， and Karl-Heinz Spitzer . Application of Reduction of Area-Temperature Diagrams to the Prediction of Surface Crack Formation in Continuous Casting of Steel ［J］. ISIJ international ， 2009 ， 49 （ 4 ）： 512 - 520 .

王明林，赵沛，成国光 . 齿轮钢主要钢种高温力学性能研究［J］. 过程工程学报， 2009 ， 9 （ S1 ）： 157 - 160 .

Mintz B . Influence of nitrogen on hot ductility of steels and its relationship to problem of transverse cracking ［J］. Ironmaking & steelmaking ， 2000 ， 27 （ 5 ）： 343 - 347 .

Darken L S ， Smith R P ， Filer E W . Solubility of Gaseous Nitrogen in Gamma Iron and the Effect of Alloying Constituents-Aluminum Nitride Precipitation ［J］. JOM ， 1951 ， 3 （ 12 ）： 1174 - 1179 .

Zhang X ， Matsuura K ， Ohno M . Abnormal grain growth in austenite structure reversely transformed from ferrite/pearlite-banded structure ［J］. Metallurgical and Materials Transactions A ， 2014 ， 45 （ 10 ）： 4623 - 4634 .

唐郑磊，王福明，于乔木，等 . 热处理工艺对水电站用钢SXQ500/550DZ35奥氏体晶粒的影响［J］. 特殊钢， 2023 ， 44 （ 3 ）： 104 - 108 .

赵海东，刘佳兴，张朝磊等 . 矿用高强度链环钢23MnNiMoCr54奥氏体晶粒长大行为的研究［J］. 特殊钢， 2021 ， 42 （ 2 ）： 10 - 13 .

雍岐龙 . 钢铁材料中的第二相［M］. 北京：冶金工业出版社， 2006 .

苏梁，弓硕，王福明 . 预热处理工艺对SCr420H齿轮钢高温渗碳奥氏体晶粒长大行为的影响［J］. 特殊钢， 2023 ， 44 （ 3 ）： 74 - 83 .

Gladman T . Second phase particle distribution and secondary recrystallization ［J］. Scripta Metallurgica Et Materialia ， 1992 ， 27 （ 11 ）： 1569 - 1573 .

Ostwald W . Z. Blocking of Ostwald ripening allowing long-term stabilization ［J］. Phys. Chem 1901 （ 37 ）： 385 .

Ludlow V ， Bain K G ， Riaz S ， et al . Precipitation of nitrides and carbides during solidification and cooling in continuous casting ［J］. Metallurgical Research & Technology ， 2006 ， 103 （ 1 ）： 17 - 24 .

浏览量

下载量

CSCD

CNKI被引量

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

预热处理工艺对SCr420H齿轮钢高温渗碳奥氏体晶粒长大行为的影响

冷却速率和氮含量对高锰无磁钢中AlN夹杂物析出和长大行为的影响

油服用UNS N09925合金锻材组织优化的工艺实践

回火温度对高Co-Ni二次硬化钢显微组织和力学性能的影响

Nb对GH4169合金管材组织性能的影响