微合金鋼連鑄坯表層原始奧氏體晶粒的細化研究.pdf

1、目前，高強度微合金鋼的研發(fā)、生產(chǎn)和應(yīng)用已成為衡量一個企業(yè)和國家鋼鐵工業(yè)發(fā)展水平的重要標志。然而，在微合鋼板坯連鑄過程中，鑄坯表面橫向開裂一直是國內(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，角部橫裂紋問題依舊沒有得到很好的解決。從橫裂紋的形成機理來看，粗大的原始奧氏體晶粒是導(dǎo)致裂紋沿

2、晶界形成和擴展的重要因素。若能在連鑄過程中實現(xiàn)原始奧氏體晶粒的細化，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象，采用高溫共聚焦激光掃描顯微鏡模擬連鑄過程中鋼液在結(jié)晶器內(nèi)的初始凝固過程，以及鑄坯表層在二冷段的熱循環(huán)過程。針對現(xiàn)有文獻報道中對微合金鋼連鑄過程中奧氏體長大行為、雙相變細化奧氏體晶粒機制和橫裂紋敏感性表征等方面的不足，展開了深入地研究；并在實驗室模擬研究的基礎(chǔ)上，利用攀鋼板坯弧形連鑄機進

3、行雙相變細化原始奧氏體晶粒的工業(yè)試驗，對鑄機二冷段參數(shù)和工藝參數(shù)控制對奧氏體晶粒細化的影響進行了分析。本文主要研究特點及研究結(jié)果可簡要概括如下：
　?、偻ㄟ^高溫共聚焦激光掃描顯微鏡模擬微合金鋼凝固冷卻過程，對奧氏體長大行為進行研究，建立了奧氏體開始長大溫度與碳當量之間的量化關(guān)系：在碳當量CP≤0.18％范圍內(nèi)，奧氏體開始長大溫度與碳當量呈指數(shù)函數(shù)關(guān)系。通過分析微合元素對奧氏體長大行為的影響認為連鑄過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)果對現(xiàn)有模型進行修正后模型對奧氏體晶粒尺寸的計算誤差降低5%。
　?、谕ㄟ^模擬鑄坯表層雙相變熱循環(huán)過程，深入研究了雙相變工藝對原始奧氏體晶粒的細化機制。詳細闡述了在冷卻階段的一次相變過程中“γ/α”轉(zhuǎn)變率和轉(zhuǎn)變區(qū)域的分布，以及在回?zé)犭A段的二次相變過程中回?zé)釛l件的控制對奧氏體晶粒細化

5、結(jié)果的影響，從晶粒細化機制上彌補了現(xiàn)有文獻的不足。在實驗鋼種熱物性參數(shù)條件下，當冷卻速度控制在5℃/s，冷卻溫度為640℃，回?zé)釡囟葹?100℃，回?zé)崴俣葹?℃/s時，可使粗大的原始奧氏體晶粒（晶粒尺寸1.2mm）細化至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鑄機進工業(yè)試驗，對不同二冷條件下的鑄坯表層組織演變進行了分析，得出了鑄坯表層組織隨著表面深度的延伸存在三個組織演變區(qū)：接近鑄坯表面的強

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)。通過工藝優(yōu)化擴大雙相變區(qū)，使鑄坯在矯直時得到分布均勻、細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。雖然通過對鑄坯出結(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化降低鑄坯角部橫裂紋敏感性

7、，但雙相變工藝對鋼種熱物性參數(shù)（Ar3和Ac3相變溫度）、鑄機二冷段參數(shù)及澆鑄斷面都有一定的適用性要求。未來研究中，若能從結(jié)晶器出口到矯直點間的傳熱機制上對現(xiàn)有鑄機二冷參數(shù)進行改造，改善冷卻與回?zé)嶂g的矛盾，則可擴大鋼種熱塑性參數(shù)和斷面尺寸的適用范圍。
　?、芡ㄟ^對現(xiàn)場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數(shù)(fM

8、F)。三個參數(shù)實質(zhì)上是反應(yīng)了鑄坯在彎曲或矯直時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。通過對鑄坯表層組織剛度分析，提出了原始奧氏體當量直徑(DγP)的概念。DγP實質(zhì)上是在剛度計算時，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，對原始奧氏體晶粒粒徑的修正。通過分析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)，彌補了傳統(tǒng)熱拉