微合金鋼鑄坯第二相析出行為及表層組織演變研究.pdf

1、本文以寶鋼3＃直弧型鑄機(jī)所生產(chǎn)的微合金鋼鑄坯為研究對(duì)象，通過(guò)分析其角部微觀組織特征與第二相析出物的形貌與分布，對(duì)其角部橫裂紋產(chǎn)生的原因進(jìn)行了剖析。根據(jù)寶鋼微合金鋼鑄坯角部橫裂紋發(fā)生的基本特征，認(rèn)為產(chǎn)生鑄坯角部橫裂紋的根本原因是：在傳統(tǒng)連鑄過(guò)程中，受到二維冷卻的鑄坯角部溫度較其它部位低，彎曲時(shí)，其角部溫度不可避免地處于其700～900℃的低塑性溫度區(qū)。角部表層微觀組織處于奧氏體向鐵素體相變狀態(tài)，兩相共存，其中奧氏體晶界有膜狀先共析鐵素體與

2、鏈狀析出物析出，且組織粗大。在彎曲應(yīng)力的作用下，應(yīng)變集中在鐵素體膜上，裂紋由此產(chǎn)生并傳播。
　　 針對(duì)上述鑄坯角部橫裂紋的形成原因，采用共聚焦激光顯微鏡、重熔凝固冷卻實(shí)驗(yàn)設(shè)備、掃描電鏡、透射電鏡等，研究了微合金鋼連鑄過(guò)程中的表層微觀組織演變規(guī)律，結(jié)合寶鋼連鑄機(jī)參數(shù)與生產(chǎn)工藝特點(diǎn)，認(rèn)為要從根本上消除角部橫裂紋，必須通過(guò)提高鑄坯表層組織的抗裂紋能力。根據(jù)鑄坯表層微觀組織控制工藝思路，分析了鐵素體析出動(dòng)力學(xué)與微合金元素碳氮化物析出熱力

3、學(xué)與動(dòng)力學(xué)，研究了冷卻速度對(duì)鑄坯的微觀組織與第二相析出物析出行為的影響。得到了微合金鋼中微合金元素碳氮化物析出行為與冷卻速度的定量關(guān)系：碳氮化物析出體積分?jǐn)?shù)與冷卻速度呈指數(shù)的倒數(shù)關(guān)系，即Vf=A.exp(-B·νc)；析出物尺寸與冷卻速度呈冪函倒數(shù)數(shù)關(guān)系，即Dp=C·νc-n。認(rèn)為增大微合金元素析出溫度范圍的冷卻速度，可控制微合金元素碳氮化物的析出行為。隨冷卻速度增大，析出物體積分?jǐn)?shù)越小，尺寸越細(xì)小，先共析鐵素體的析出行為得到抑制。鋼中

4、的微合金元素碳氮化物對(duì)先共析鐵素體的形成有較大影響，碳氮化物可以作為形核劑，促進(jìn)先共析鐵素體的形核，并在析出生成碳化物時(shí)，消耗了晶界的碳，使局部碳濃度下降，促進(jìn)了鐵素體析出。
　　 綜合以上研究成果，提出了鑄坯表層微觀組織控制(SMC)工藝的各工藝參數(shù)：獲得原奧氏體晶界無(wú)膜狀仿晶界鐵素體、晶界無(wú)鏈狀微合金元素析出物微觀組織的最佳冷卻速度范圍是3℃·s-1～6℃·s-1，最佳冷卻溫度是最佳冷卻速度下微合金鋼的γ→α轉(zhuǎn)變開(kāi)始溫度，最

5、佳回溫溫度為高于微合金鋼的Ac3溫度。結(jié)合寶鋼3＃鑄機(jī)參數(shù)及工作拉速，實(shí)現(xiàn)表層微觀組織控制(SMC)工藝的最佳冷卻速度為5℃·s-1，最佳冷卻溫度為660℃，最佳回溫速度為3℃·s-1，最佳回溫溫度為870℃。
　　 通過(guò)重熔凝固冷卻實(shí)驗(yàn)，模擬并優(yōu)化了實(shí)現(xiàn)鑄坯表層微觀組織控制(SMC)工藝所需的冷卻條件。優(yōu)化后的寶鋼3＃鑄機(jī)二冷段實(shí)現(xiàn)鑄坯表層微觀組織控制工藝的方案如下：將原窄面的噴咀只保留垂直段上部的5排，并將噴咀1/4KSH1

6、6113H換成3/8KSH37128H，原1/4KSH0889H換成1/4KSH16113H，將垂直段寬面靠角部的6號(hào)輥以下的4排噴咀關(guān)閉；保持各區(qū)的總水量不變，在此基礎(chǔ)上對(duì)2區(qū)總水量正負(fù)25％幅度內(nèi)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并確定更優(yōu)的現(xiàn)場(chǎng)水量；300厚斷面，更換后的3/8KSH37128H與1/4KSH16113H噴咀安裝高度分別為65mm、50mm。200厚斷面，安裝高度均為50mm。
　　 通過(guò)試驗(yàn)鑄機(jī)對(duì)鑄坯表層微觀組織控制(SMC)工

7、藝的生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)，傳統(tǒng)冷卻條件下的鑄坯微觀組織與微合金元素析出物分布與現(xiàn)場(chǎng)鑄坯基本一致，原奧氏體晶界有明顯的膜狀先共析鐵素與鏈狀析出物，室溫下組織粗大。而鑄坯表層微觀組織控制工藝條件生產(chǎn)的鑄坯，其原奧氏體晶界沒(méi)有膜狀先共析鐵素體，析出物均勻彌散分布于基體中，且室溫組織細(xì)小。對(duì)試驗(yàn)鑄機(jī)生產(chǎn)的鑄坯熱拉伸實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，傳統(tǒng)冷卻條件下的試驗(yàn)鑄機(jī)生產(chǎn)的鑄坯，在700～900℃間有明顯的低塑性區(qū)，其斷面收縮率小于40％。而在鑄坯表層微觀組織控制工藝?yán)鋮s