亞共析微合金鋼連鑄過程中鐵素體對(duì)奧氏體晶粒細(xì)化的影響研究.pdf

1、本文以攀鋼和寶鋼生產(chǎn)的亞共析微合金鋼為研究對(duì)象，通過高溫共聚焦激光掃描顯微鏡（CLSM）模擬了連鑄過程中鋼液在結(jié)晶器內(nèi)的初始凝固，奧氏體向鐵素體相變以及鑄坯表層在二冷段的熱循環(huán)過程。對(duì)微合金鋼凝固過程中鐵素體對(duì)原始奧氏體的影響、奧氏體向鐵素體相變以及鐵素體對(duì)雙相變細(xì)化原始奧氏體晶粒的影響等方面展開了深入地研究；同時(shí)，針對(duì)熱拉伸實(shí)驗(yàn)通過熱塑性損失來表征微合金鋼連鑄坯表面橫裂紋形成傾向的不足，建立了表征鑄坯橫裂紋敏感性的高溫組織模型，提出了

2、微合金鋼鑄坯表面橫裂紋敏感性判據(jù)。
　　本研究主要內(nèi)容包括：①通過CLSM動(dòng)態(tài)原位觀察了微合金鋼初始凝固冷卻過程中原始奧氏體晶粒長大過程，分析了冷卻速度對(duì)?枝晶臂間距的影響，建立了奧氏體晶界遷移率與冷卻速度的關(guān)系，并在此基礎(chǔ)上對(duì)現(xiàn)有奧氏體生長模型進(jìn)行了修正。研究表明：當(dāng)冷卻速度小于4℃/s時(shí)，δ枝晶臂間距隨冷卻速度的增加急劇變小，而大于4℃/s時(shí)，δ枝晶臂間距隨著冷卻速度的增加變化平緩；晶界遷移率隨冷卻速度的增大而減小，與冷卻速度

3、呈指數(shù)關(guān)系；修正后的奧氏體生長模型實(shí)現(xiàn)了大冷卻速度下原始奧氏體晶粒尺寸的預(yù)測(cè)，其預(yù)測(cè)誤差在10％以內(nèi)。②對(duì)鑄坯冷卻過程中奧氏體向鐵素體相變進(jìn)行了模擬研究，探討了不同冷卻速度和冷卻溫度對(duì)先共析鐵素體體積分?jǐn)?shù)以及形貌的影響，并利用電子背散射衍射研究了先共析鐵素體的形核生長取向以及形貌晶體學(xué)。結(jié)果表明：鐵素體體積分?jǐn)?shù)隨著冷卻速度的增大呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，當(dāng)冷卻速度為4℃/s時(shí)，鐵素體體積分?jǐn)?shù)最高可達(dá)80.17%；鐵素體體積分?jǐn)?shù)隨著冷卻溫度

4、的降低逐漸增大，冷卻溫度控制在640℃時(shí)，先共析鐵素體體積分?jǐn)?shù)接近理論轉(zhuǎn)變量；當(dāng)冷卻速度為1℃/s時(shí)，膜狀先共析鐵素體沿奧氏體晶界析出，鐵素體晶粒生長取向與晶界的取向差角處于較低水平（<7°），鐵素體晶粒尺寸粗大（200μm），原始奧氏體晶界處小角度晶界密度較低。當(dāng)冷卻速度為5℃/s時(shí)，沿奧氏體晶界的膜狀鐵素體消失，鐵素體晶粒生長取向與晶界的取向差角處于較高水平，鐵素體晶粒尺寸細(xì)小且均勻（<100μm），原始奧氏體晶界處小角度晶界密度較

5、高。③利用CLSM模擬了微合金鋼連鑄雙相變工藝中鑄坯表層熱歷程，探討了先共析鐵素體、二次相變回?zé)釛l件以及第二相析出物對(duì)雙相變細(xì)化原始奧氏體晶粒的影響，并在此基礎(chǔ)上對(duì)現(xiàn)有雙相變工藝參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。研究結(jié)果如下：二次相變后奧氏體晶粒尺寸隨著先共析鐵素體體積分?jǐn)?shù)的增加而變小，當(dāng)鐵素體體積分?jǐn)?shù)達(dá)到80%時(shí)，原始奧氏體晶?？蓮?.20mm細(xì)化至0.47mm；當(dāng)冷卻速度為1℃/s時(shí)，膜狀先共析鐵素體晶粒生長取向與晶界[110]平面的取向差小于15°

6、，有利于鑄坯回?zé)徇^程中新奧氏體晶粒的形核；二次相變過程中，回?zé)釡囟纫约盎責(zé)崴俣葲Q定了新奧氏體晶粒的尺寸，回?zé)釡囟容^高時(shí)，應(yīng)當(dāng)提高回?zé)崴俣纫员苊鈯W氏體晶粒之間相互吞并而造成晶粒的粗大，而回?zé)釡囟容^低時(shí)，則應(yīng)降低回?zé)崴俣纫源_保新奧氏體晶粒形核后長大形成穩(wěn)定晶粒；當(dāng)回?zé)釡囟葹?000℃時(shí)，固溶的微合金元素會(huì)大量析出以抑制新奧氏體晶粒的長大，促進(jìn)了原始奧氏體晶粒的細(xì)化；針對(duì)實(shí)驗(yàn)鋼種，采用優(yōu)化的雙相變工藝(冷卻條件：以5℃/s冷卻至800℃，然后

7、以1℃/s冷卻至640℃；回?zé)釛l件：以3℃/s回?zé)嶂?000℃)，可以將奧氏體晶粒平均尺寸細(xì)化至0.3mm以下，將現(xiàn)有雙相變工藝中原始奧氏體晶粒尺寸的細(xì)化率提高了31%。④通過對(duì)鑄坯表層高溫組織特征（原始奧氏體晶粒尺寸、膜狀先共析鐵素體體積分?jǐn)?shù)以及第二相析出物體積分?jǐn)?shù)）的分析，建立了高溫組織模型，在此基礎(chǔ)上提出了微合金鋼鑄坯表面橫裂紋敏感性判據(jù)。研究表明：當(dāng)原始奧氏體晶粒尺寸可通過鑄態(tài)組織表征時(shí)，鑄坯橫裂紋敏感性決定于原始奧氏體當(dāng)量直徑

8、（DγP)，鑄坯表面橫裂紋產(chǎn)生的臨界DγP尺寸為0.69mm；當(dāng)原始奧氏體晶粒尺寸不能通過鑄態(tài)組織表征時(shí)，采用鑄坯室溫組織，即鐵素體平均晶粒尺寸（DF）、鐵素體混晶指數(shù)（△E）、膜狀先共析鐵素體體積分?jǐn)?shù)（fMF）以及第二相析出物分布來判斷橫裂紋敏感性。當(dāng)DF<35μm，ΔE<1.0，fM<3%，析出物彌散分布，裂紋指數(shù)趨近于0，鑄坯表面無橫裂紋；當(dāng)35μm