微合金鋼連鑄坯表層原始奧氏體晶粒的細(xì)化研究.pdf

1、目前，高強(qiáng)度微合金鋼的研發(fā)、生產(chǎn)和應(yīng)用已成為衡量一個(gè)企業(yè)和國(guó)家鋼鐵工業(yè)發(fā)展水平的重要標(biāo)志。然而，在微合鋼板坯連鑄過(guò)程中，鑄坯表面橫向開裂一直是國(guó)內(nèi)外鋼廠急待解決的一大難題。鑄坯在彎曲或矯直操作時(shí)采取避開第三脆性區(qū)溫度區(qū)間的方法是目前降低鑄坯表面橫裂紋發(fā)生率的主要措施。然而，鑄坯角部由于受二維傳熱的影響使其表層溫度不能完全避開第三脆性區(qū)溫度區(qū)間，角部橫裂紋問(wèn)題依舊沒有得到很好的解決。從橫裂紋的形成機(jī)理來(lái)看，粗大的原始奧氏體晶粒是導(dǎo)致裂紋沿

2、晶界形成和擴(kuò)展的重要因素。若能在連鑄過(guò)程中實(shí)現(xiàn)原始奧氏體晶粒的細(xì)化，則可盼減少角部橫裂紋的發(fā)生。
　　本文以攀鋼和寶鋼生產(chǎn)的微合金鋼鑄坯為研究對(duì)象，采用高溫共聚焦激光掃描顯微鏡模擬連鑄過(guò)程中鋼液在結(jié)晶器內(nèi)的初始凝固過(guò)程，以及鑄坯表層在二冷段的熱循環(huán)過(guò)程。針對(duì)現(xiàn)有文獻(xiàn)報(bào)道中對(duì)微合金鋼連鑄過(guò)程中奧氏體長(zhǎng)大行為、雙相變細(xì)化奧氏體晶粒機(jī)制和橫裂紋敏感性表征等方面的不足，展開了深入地研究；并在實(shí)驗(yàn)室模擬研究的基礎(chǔ)上，利用攀鋼板坯弧形連鑄機(jī)進(jìn)

3、行雙相變細(xì)化原始奧氏體晶粒的工業(yè)試驗(yàn)，對(duì)鑄機(jī)二冷段參數(shù)和工藝參數(shù)控制對(duì)奧氏體晶粒細(xì)化的影響進(jìn)行了分析。本文主要研究特點(diǎn)及研究結(jié)果可簡(jiǎn)要概括如下：
　?、偻ㄟ^(guò)高溫共聚焦激光掃描顯微鏡模擬微合金鋼凝固冷卻過(guò)程，對(duì)奧氏體長(zhǎng)大行為進(jìn)行研究，建立了奧氏體開始長(zhǎng)大溫度與碳當(dāng)量之間的量化關(guān)系：在碳當(dāng)量CP≤0.18％范圍內(nèi)，奧氏體開始長(zhǎng)大溫度與碳當(dāng)量呈指數(shù)函數(shù)關(guān)系。通過(guò)分析微合元素對(duì)奧氏體長(zhǎng)大行為的影響認(rèn)為連鑄過(guò)程中微合金元素在原始奧氏體晶界的

4、釘扎作用主要體現(xiàn)在 TiN的析出上，并采用誤差分析方法建立了表征釘扎作用的影響因子(K)，其與鈦元素的析出量（PTi)之間呈二次函數(shù)關(guān)系。利用上述研究結(jié)果對(duì)現(xiàn)有模型進(jìn)行修正后模型對(duì)奧氏體晶粒尺寸的計(jì)算誤差降低5%。
　?、谕ㄟ^(guò)模擬鑄坯表層雙相變熱循環(huán)過(guò)程，深入研究了雙相變工藝對(duì)原始奧氏體晶粒的細(xì)化機(jī)制。詳細(xì)闡述了在冷卻階段的一次相變過(guò)程中“γ/α”轉(zhuǎn)變率和轉(zhuǎn)變區(qū)域的分布，以及在回?zé)犭A段的二次相變過(guò)程中回?zé)釛l件的控制對(duì)奧氏體晶粒細(xì)化

5、結(jié)果的影響，從晶粒細(xì)化機(jī)制上彌補(bǔ)了現(xiàn)有文獻(xiàn)的不足。在實(shí)驗(yàn)鋼種熱物性參數(shù)條件下，當(dāng)冷卻速度控制在5℃/s，冷卻溫度為640℃，回?zé)釡囟葹?100℃，回?zé)崴俣葹?℃/s時(shí)，可使粗大的原始奧氏體晶粒（晶粒尺寸1.2mm）細(xì)化至0.47mm，且粒度分布較為均勻，混晶指數(shù)僅為0.5。
　?、鄄捎门输摪迮骰⌒芜B鑄機(jī)進(jìn)工業(yè)試驗(yàn)，對(duì)不同二冷條件下的鑄坯表層組織演變進(jìn)行了分析，得出了鑄坯表層組織隨著表面深度的延伸存在三個(gè)組織演變區(qū)：接近鑄坯表面的強(qiáng)

6、冷轉(zhuǎn)變區(qū)、由于熱循環(huán)而發(fā)生雙相變轉(zhuǎn)變的雙相變區(qū)和隨后的緩冷轉(zhuǎn)變區(qū)。通過(guò)工藝優(yōu)化擴(kuò)大雙相變區(qū)，使鑄坯在矯直時(shí)得到分布均勻、細(xì)小的奧氏體晶粒將是減輕表面橫裂紋敏感性的關(guān)鍵。工業(yè)試驗(yàn)中，在控制冷卻模式下，由于獲得了較寬的雙相變區(qū)（表面深度3.5-8mm），組織分布均勻、細(xì)小，鑄坯角部裂紋敏感性得到了降低，裂紋指數(shù)僅為0.4。雖然通過(guò)對(duì)鑄坯出結(jié)晶后二冷工藝的優(yōu)化能使鑄坯表層組織發(fā)生雙相變轉(zhuǎn)變，從而使原始奧氏體晶粒得到細(xì)化降低鑄坯角部橫裂紋敏感性

7、，但雙相變工藝對(duì)鋼種熱物性參數(shù)（Ar3和Ac3相變溫度）、鑄機(jī)二冷段參數(shù)及澆鑄斷面都有一定的適用性要求。未來(lái)研究中，若能從結(jié)晶器出口到矯直點(diǎn)間的傳熱機(jī)制上對(duì)現(xiàn)有鑄機(jī)二冷參數(shù)進(jìn)行改造，改善冷卻與回?zé)嶂g的矛盾，則可擴(kuò)大鋼種熱塑性參數(shù)和斷面尺寸的適用范圍。
　?、芡ㄟ^(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)鑄坯角部組織的分析，建立了能夠表征鑄坯在彎曲或矯直時(shí)的高溫組織特征的鑄態(tài)組織參數(shù)：鐵素體平均晶粒尺寸(DF)、鐵素體混晶指數(shù)(△E)和膜狀先共析鐵素體體積分?jǐn)?shù)(fM

8、F)。三個(gè)參數(shù)實(shí)質(zhì)上是反應(yīng)了鑄坯在彎曲或矯直時(shí)的原始奧氏體晶粒尺寸和粒度分布。鑄坯表面橫裂紋指數(shù)與DF、△E和fMF三者呈正相關(guān)關(guān)系。通過(guò)對(duì)鑄坯表層組織剛度分析，提出了原始奧氏體當(dāng)量直徑(DγP)的概念。DγP實(shí)質(zhì)上是在剛度計(jì)算時(shí)，在考慮了膜狀先共析鐵素體和微合金元素析出物弱化了原始奧氏體晶界后，對(duì)原始奧氏體晶粒粒徑的修正。通過(guò)分析DγP與鑄坯表面橫裂紋指數(shù)的關(guān)系，建立了基于鑄態(tài)組織參數(shù)的微合金鋼鑄坯表面橫裂紋敏感性判據(jù)，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)熱拉