连铸低碳微合金化钢热塑性的研究

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1、连铸低碳微合金化钢热塑性的研究付俊岩，C.I.Garcia,A.J.DeArdo(美国匹兹堡大学材料科学与工程系基础金属工艺研究所)1987年摘要：本研究的主要目的是研究连铸低碳微合金钢的热塑性行为。本试验用模拟连铸过程的定向凝固法熔炼的钢锭制成带凸缘的试样，采用热压缩试验方法。该研究的目的还在于检验一些因素如奥氏体尺寸与微合金元素析出物在控制含V、Nb和Ti微合金化钢热塑性行为中的重要作用，并阐述连铸坯表面裂纹产生的机理。关键词：微合金化钢，连铸，热塑性，析出物，晶粒细化。引言众所周知，微合金化钢（MA）的连铸工艺过程是有一定难度的，也就是说，其板

2、坯易于产生裂纹，这些裂纹出现在振痕根部、板坯边缘及其上表面。过去几年来，对低碳低合金钢或微合金化钢在低温奥氏体到奥氏体-铁素体双相区这一温度区间涉及连铸坯的表面裂纹行为的热塑性进行了广泛的研究[1-10]。研究微合金化钢在上述温度区间的热塑性很重要，因为大部分高强度低合金钢（HSLA）连铸坯是在弧形机上进行连铸的，连铸坯受到弯曲应力和/或矫直应力的作用[7]。弧形连铸机通常在800-950℃下进行矫直，在矫直过程中，发生了一系列冶金和机械过程。例如，沿原奥氏体晶界会出现大量析出物。这种析出物，与在矫直过程中产生的机械应力相互耦合，使微合金化钢对表面裂

3、纹非常敏感[3，6，11]。有许多因素被认为对控制微合金化钢的热塑性行为有重要作用，冶金因素、机械和热应力的复杂交互作用与钢的微观组织状态有关，凝固组织、偏析、晶粒大小以及在凝固与冷却过程中及凝固与冷却后粒子沿晶界的析出行为等。导致热塑性变差的主要控制因素如下：1．奥氏体晶界处变形前以及变形过程中碳化物和/或氮化物以及晶界处夹杂物的析出。这些析出物给变形过程中晶粒间的微孔洞形成提供了有效的核心位置[3，8]。2．热变形过程中细小碳氮化物的析出抑制奥氏体再结晶，从而增强了沿奥氏体晶界的晶间断裂[5，12]。尽管目前还没有提出一个确切的机理，但大部分作者

4、认为晶界处的析出是控制热塑性的一个主要参数。3．沿奥氏体晶界存在铁素体片。当材料在奥氏体-铁素体双相区变形时，应变会集中在软的铁素体内，导致晶间析出物之间接触面的相互分离，产生微孔洞[3，8，12]。4．奥氏体晶粒尺寸。因为表面裂纹的出现大多伴随着奥氏体的晶间断裂[13]。总之，低应变速率下变形和在高温下形变过程中微观组织的变化的双重作用显然增加了对热裂纹的敏感性，这种热裂纹在连铸坯的表面是经常见到的[3，8]。本研究的主要目的是研究连铸低碳微合金钢的热塑性行为。该研究的目的还在于检验一些因素如奥氏体尺寸与微合金元素析出物在控制含V、Nb和Ti微合金

5、化钢热塑性行为中的重要作用，并阐述连铸坯表面裂纹产生的机理。实验步骤试验材料：检验用材料的化学成分如表1所示。试验过程：用定向凝固方式进行了连铸凝固的实验室模拟。试验用铸锭是在非真空高频感应加热炉中进行熔炼的，溶液倒入一个30磅专门设计的模具中。用于定向凝固的模具的侧面由隔热材料制成，在底部有一个通水冷却的铜急冷板。每一炉钢液铸成一个板坯形的铸锭（152.5mm×177.8mm×76.2mm）。将钢液倒入后，加入隔热材料粉末形成保温层。凝固过程结束后，即在钢液倒入模具后15分钟，当铸锭的平均温度在1000℃左右时，将模具拆除，铸锭进行水淬。热压缩试验

6、：从接近铸锭的底部宏观组织为柱状晶或枝状晶区域横向切除试样坯料，把与定向凝固铸锭相同的柱状晶区域的坯料加工成带凸缘的试样，凸缘试样的轴向平行于枝状晶的轴向，以便使凸缘试样表面中间高度处受垂直于凝固长大方向的塑性变形，正如连铸过程中实际的反复弯曲或矫直状态。试验是在对高温变形试验做过改进并用计算机控制的MTS试验机上进行的。该研究中的热机械加工过程与使用的凸缘试样如图1所示。热塑性是通过测量断口处的环向应变值来评价的。凸缘试样放在MTS试验机的加热炉室内，以5×10-1/s与5×10-3/s的恒应变速率进行压缩变形。压缩前，固溶处理过的试样重新加热到9

7、50℃-1300℃，保温2分钟，使碳化物与氮化物溶解，并获得预期的晶粒尺寸。重新加热保温后，试样以8-12℃的冷速冷却到变形温度（1000-750℃），然后在该温度下再保温1分钟，压缩变形至断裂。V（C，N）、Nb（C，N）和TiN在奥氏体中达到完全溶解的固溶温度是根据其平衡溶解度积确定的，如表1所示。在给定量的变形后，将试样放在冰-盐水中淬火，仔细检查初始裂纹的产生。如果没有发现可视裂纹或者试样断裂时裂纹较大，则在不同的压下量下再进行另外一次试验，直到获得初始裂纹产生的条件为止。变形后，凸缘试样的应变几乎为平面应变，它可通过测量凸缘断面原始和最终外

8、径以及原始和最终高度来计算。每次试验后，这类的试样几乎不发生轴向压缩，只在凸缘内发现有环向应变。开始断裂时的