殘留元素As、Sn、Sb的晶界偏聚對連鑄鋼熱塑性的影響.pdf

1、本文借助Gleeble-2000熱模擬試驗(yàn)機(jī)研究了含有不同量殘留元素As、Sn、Sb連鑄鋼的高溫力學(xué)性能。通過測定試驗(yàn)鋼的高溫力學(xué)參數(shù)(斷面收縮率RA％和抗拉強(qiáng)度σb)、觀察金相顯微組織、分析掃描斷口形貌等方法，研究了殘留元素As、Sn、Sb及冷卻速率對熱塑性的影響，并比較殘留元素As、Sn、Sb對連鑄鋼熱塑性影響程度的強(qiáng)弱。同時(shí)，采用等溫時(shí)效、沖擊和俄歇能譜試驗(yàn)等試驗(yàn)方法研究了含殘留元素As、Sn、Sb連鑄鋼在保溫過程中沖擊功Ak隨時(shí)

2、間的變化規(guī)律，確定殘留元素As、Sn、Sb在等溫時(shí)效過程中的臨界時(shí)間。結(jié)合兩部分試驗(yàn)，利用非平衡晶界偏聚理論擬合試驗(yàn)結(jié)果，探討了殘留元素As、Sn、Sb在連續(xù)冷卻和保溫過程中的晶界偏聚機(jī)制。 在應(yīng)變速率和冷卻速率分別為10-2/s和20℃/s的條件下進(jìn)行熱模擬拉伸并隨后空冷時(shí)，試驗(yàn)鋼在700℃～800℃時(shí)金相組織均是由多邊形鐵素體和珠光體組成，并不存在奧氏體晶界上薄膜狀先共析鐵素體，但在750℃都出現(xiàn)了第Ⅲ類脆性谷底。同時(shí)，在第

3、Ⅲ類脆性溫度區(qū)(600℃～900℃)內(nèi)，殘留元素As、Sn、Sb的存在惡化了連鑄鋼的熱塑性，導(dǎo)致熱塑性谷底加深，熱塑性凹槽增寬。另外，第Ⅲ類脆性溫度區(qū)內(nèi)，52[＃]鋼、51[＃]鋼、61[＃]鋼和71[＃]鋼在750℃時(shí)熱塑性曲線塑性谷底依次加深，即試驗(yàn)鋼中的三個(gè)脆化元素對熱塑性的影響程度由強(qiáng)到弱順序依次是Sb、Sn、As。 連續(xù)冷卻到750℃～800℃范圍內(nèi)拉伸時(shí)，存在一個(gè)冷卻速率(20℃/S)，以這個(gè)冷卻速率進(jìn)行冷卻，試樣的

4、斷面收縮率最小，熱塑性最差；當(dāng)冷卻速率大于或者小于這個(gè)冷卻速率時(shí)，試樣的斷面收縮率均會(huì)增大，熱塑性增強(qiáng)。 等溫時(shí)效初期，隨著時(shí)間的延長，沖擊功迅速下降，出現(xiàn)最低值，當(dāng)時(shí)間進(jìn)一步延長，沖擊功緩慢上升。沖擊功隨保溫時(shí)間的變化反映了殘留元素As、Sn、Sb的非平衡晶界偏聚動(dòng)力學(xué)過程，本試驗(yàn)測出As、Sn在低碳連鑄鋼中750℃保溫時(shí)發(fā)生非平衡晶界偏聚的臨界時(shí)間大約分別為120s和210s，Sb在超低碳連鑄鋼中750℃保溫時(shí)發(fā)生非平衡晶界

5、偏聚的臨界時(shí)間大約為120s。同時(shí)，通過觀察金相顯微組織、分析掃描斷口形貌等試驗(yàn)方法發(fā)現(xiàn)：對于低碳連鑄鋼，在等溫時(shí)效過程中，先共析鐵素體沿奧氏體晶界呈薄膜網(wǎng)狀析出，因此，試驗(yàn)鋼(51[＃]鋼和61[＃]鋼)的韌脆性是由金相組織和殘留元素非平衡晶界偏聚共同作用的結(jié)果；對于超低碳連鑄鋼，試驗(yàn)鋼(71[＃]鋼)的韌脆性是非平衡晶界偏聚作用的結(jié)果。 俄歇能譜表明，Sn、Sb不僅在等溫時(shí)效過程中發(fā)生了晶界偏聚，而且Sn、Sb的晶界偏聚量隨

6、著保溫時(shí)間的延長而變化。當(dāng)保溫時(shí)間達(dá)到臨界時(shí)間時(shí)，晶界偏聚量最大，熱塑性最低。當(dāng)保溫時(shí)間大于或小于臨界時(shí)間時(shí)，晶界偏聚量減少，熱塑性升高。因此，殘留元素Sn、Sb在等溫時(shí)效過程中發(fā)生了非平衡晶界偏聚，偏聚量的大小和鋼熱塑性的高低均隨保溫時(shí)間的變化而變化。 因此，在連續(xù)冷卻和等溫時(shí)效過程中，連鑄鋼中殘留元素Sn、Sb均存在晶界偏聚現(xiàn)象，并使晶界強(qiáng)度降低，從而導(dǎo)致晶間裂紋的出現(xiàn)和熱塑性的降低。同時(shí)，Sn、Sb的晶界偏聚行為符合非平衡