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＃直弧型鑄機所生產(chǎn)的微合金鋼鑄坯為研究對象，通過分析其角部微觀組織特征與第二相析出物的形貌與分布，對其角部橫裂紋產(chǎn)生的原因進行了剖析。根據(jù)寶鋼微合金鋼鑄坯角部橫裂紋發(fā)生的基本特征，認為產(chǎn)生鑄坯角部橫裂紋的根本原因是：在傳統(tǒng)連鑄過程中，受到二維冷卻的鑄坯角部溫度較其它部位低，彎曲時，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。在彎曲應力的作用下，應變集中在鐵素體膜上，裂紋由此產(chǎn)生并傳播。
　　 針對上述鑄坯角部橫裂紋的形成原因，采用共聚焦激光顯微鏡、重熔凝固冷卻實驗設備、掃描電鏡、透射電鏡等，研究了微合金鋼連鑄過程中的表層微觀組織演變規(guī)律，結合寶鋼連鑄機參數(shù)與生產(chǎn)工藝特點，認為要從根本上消除角部橫裂紋，必須通過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力學與微合金元素碳氮化物析出熱力

3、學與動力學，研究了冷卻速度對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系：碳氮化物析出體積分數(shù)與冷卻速度呈指數(shù)的倒數(shù)關系，即Vf=A.exp(-B·νc)；析出物尺寸與冷卻速度呈冪函倒數(shù)數(shù)關系，即Dp=C·νc-n。認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，析出物體積分數(shù)越小，尺寸越細小，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，促進先共析鐵素體的形核，并在析出生成碳化物時，消耗了晶界的碳，使局部碳濃度下降，促進了鐵素體析出。
　　 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膜狀仿晶界鐵素體、晶界無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轉變開始溫度，最

5、佳回溫溫度為高于微合金鋼的Ac3溫度。結合寶鋼3＃鑄機參數(shù)及工作拉速，實現(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℃。
　　 通過重熔凝固冷卻實驗，模擬并優(yōu)化了實現(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＃鑄機二冷段實現(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號輥以下的4排噴咀關閉；保持各區(qū)的總水量不變，在此基礎上對2區(qū)總水量正負25％幅度內(nèi)進行實驗，并確定更優(yōu)的現(xiàn)場水量；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。
　　 通過試驗鑄機對鑄坯表層微觀組織控制(SMC)工

7、藝的生產(chǎn)實驗，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，且室溫組織細小。對試驗鑄機生產(chǎn)的鑄坯熱拉伸實驗結果表明，傳統(tǒng)冷卻條件下的試驗鑄機生產(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冷卻