1Cr18Ni9Ti鋼凝固行為研究.pdf

1、1Cr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼是目前應(yīng)用最廣泛的不銹鋼之一，在連鑄坯中存在著柱狀晶異常長大、易產(chǎn)生凝固熱裂紋等問題。這些問題的產(chǎn)生與其凝固過程密不可分。隨著近終形連鑄的發(fā)展，冷卻速率不斷提高，其凝固組織變得更加復(fù)雜，這不僅受化學(xué)成分和冷卻條件的影響，而且與后續(xù)的固態(tài)相變密切相關(guān)。因此系統(tǒng)研究奧氏體不銹鋼的凝固過程顯得尤為必要。 本研究首先采用體收縮測量裝置及Gleeble3800熱模擬系統(tǒng)研究了1Cr18Ni9Ti鋼的凝固體收

2、縮及高溫力學(xué)性能。發(fā)現(xiàn)提高冷卻速率，增大了分散收縮產(chǎn)生的傾向，但對(duì)集中收縮影響不大。提高冷卻速率可以提高1Cr18Ni9Ti鋼1302～1305℃以上時(shí)的抗拉強(qiáng)度及熱塑性，降低1302～1305℃以下的抗拉強(qiáng)度強(qiáng)度及熱塑性。 采用定向凝固技術(shù)研究了不同生長速率下1Cr18Ni9Ti鋼的凝固行為。所有生長速度下，定向凝固開始時(shí)，均先進(jìn)入FA凝固模式區(qū)域，即先析出鐵素體然后析出奧氏體。低于50μm/s時(shí)初始過渡區(qū)存在著從FA到AF凝

3、固模式的轉(zhuǎn)變。當(dāng)生長速率大于50μm/s時(shí)，不存在凝固模式的轉(zhuǎn)變，一直維持FA凝固模式。以首個(gè)FA凝固模式區(qū)域的寬度定義初始過渡區(qū)的寬度，隨著生長速率的增加初始過渡區(qū)變窄。計(jì)算顯示隨著生長速率的增大，固-液界面前沿溶質(zhì)濃度達(dá)到一定程度所需要的距離越小，進(jìn)而導(dǎo)致初始過渡區(qū)越窄。穩(wěn)定生長時(shí)，先析出相及固-液界面形貌均隨生長速率的提高而變化。平界面及胞晶界面時(shí)的先析出相為奧氏體相，樹枝晶界面時(shí)先析出相為鐵素體相。隨著生長速率的增大，胞晶界面轉(zhuǎn)

4、變?yōu)闃渲Ы缑鏁r(shí)產(chǎn)生了島帶狀組織。這種島帶狀組織的產(chǎn)生源自于鐵素體在先析出奧氏體中的形核，并非固-液界面處的兩相交替形核。100μm/s速率生長時(shí)出現(xiàn)了全等軸晶組織。生長速率繼續(xù)增大，進(jìn)入了超細(xì)樹枝晶生長階段。此時(shí)，奧氏體相在競爭生長中逐漸靠近先析出鐵素體樹枝晶生長的固.液界面，最終在1000μm/s時(shí)達(dá)到了兩相共生生長的狀態(tài)。 采用數(shù)值計(jì)算的方法求得了非平衡凝固條件下1Cr18Ni9Ti鋼各相以單相生長時(shí)的界面響應(yīng)函數(shù)，并根據(jù)

5、最高溫度法則判斷了不同生長速率下的相析出過程。結(jié)果顯示，低生長速率條件下先析出奧氏體，高生長速率條件下先析出鐵素體。計(jì)算了生長速率和溫度梯度對(duì)固-液界面前沿的成分過冷度的影響，從理論上揭示了生長速率為100μm/s時(shí)出現(xiàn)全等軸晶組織的原因。認(rèn)為本文試驗(yàn)條件下，固-液界面前沿相同的成分富集情況下，鐵素體的過冷度一直大于奧氏體。鐵素體的最大形核過冷度在50μm/s左右開始增大為正值，而在100μm/s時(shí)過冷度滿足了鐵素體的形核條件，鐵素體開

6、始形核。隨著生長速率的繼續(xù)增大，雖然鐵素體的形核過冷度繼續(xù)變大，但最大過冷度產(chǎn)生位置愈發(fā)靠近固-液界面，此時(shí)表現(xiàn)為生長過冷度。隨著溫度梯度的升高，最大成分過冷度稍有下降，同時(shí)成分過冷區(qū)寬度減小，因此提高溫度梯度不利于固-液界面前沿形核。 采用函數(shù)控速控溫定向凝固晶體生長控制實(shí)驗(yàn)設(shè)備，對(duì)板坯連鑄1Cr18Ni9Ti鋼凝固過程進(jìn)行了熱物理模擬，研究了不同工藝參數(shù)對(duì)凝固組織的影響。研究表明，降低鑄坯中心溫度有利于得到較為細(xì)密的凝固組織