微合金钢连铸坯第二相粒子析出机理与表面裂纹控制研究

发布时间：2018-10-12 21:31

【摘要】：我国引入微合金钢技术以来,微合金钢被广泛应用到各个领域。研究认为第二相粒子成为制约微合金钢质量的主要因素。由于第二相粒子对微合金钢质量影响极为关键,国内外研究学者对其加热及轧制过程进行了深入研究,并取得了较好的应用效果。但对微合金钢铸坯凝固过程析出物析出机理及对裂纹的影响研究相对较少。本研究基于微合金钢PQ700及P550CL钢连铸过程产生的裂纹为实验背景,采用扫描电镜(SEM)及能谱分析仪(EDS),金相显微镜,透射电镜(TEM),热膨胀仪,高温共聚焦显微镜(CLSM),原位分析仪等设备研究了微合金钢铸坯力学性能,溶质分布、相变对析出物粒子及裂纹的作用关系。研究通过利用Gleeble3500热模拟机,研究了不同冷却速率及应变速率下微合金钢的力学性能及析出行为,采用B-F模型研究了不同溶质元素偏析对脆性区间的影响。结果表明：冷却速率越大,塑性槽加深。冷却速率越小,应变速率越大塑性槽右移。对析出物粒子统计分析得出钢热塑性与析出物数量呈反比,与析出物尺寸成正比。经计算得出,PQ700、P550CL钢1248K温度下临界应力分别为58.3MPa、53.58MPao对于本实验PQ700钢及P550CL钢在实际生产过程中,矫直温度应控制在1248K以上。利用量纲分析得出,析出物粒子尺寸影响因素公式为：微合金钢凝固过程存在溶质不均匀分布现象,研究对溶质富集区及贫化区析出物中各组分的变化进行了热力学及动力学计算,并利用TEM和EDS验证了析出物粒子的组成。结果表明：对于PQ700、P550CL钢溶质贫化区及富集区析出物热力学计算结果与能谱分析完全吻合。同时,理论计算得出,PQ700钢中,Ti(CxN1-x)在溶质富集区及贫化区对铸坯的理论抗拉强度影响分别为48MPa,47MPa; Nb(CxN1-x)在溶质富集区及贫化区对铸坯的理论抗拉强度分别为：96MPa及104MPa。P550CL钢,Ti(CN)类溶质富集区及贫化区析出物抗拉强度为52.5MPa,46.7MPa, Nb(CN)类为：82.13MPa及80.03MPa。VC类为：171MPa及163MPa。微合金凝固过程二冷区存在温度的反复变化,进而影响析出物行为。研究采用热循环法研究了铸坯组织相变与析出物的耦合关系。同时根据热循环拉伸实验分析了铸坯断裂特性。结果表明：相同温度下,温度波动幅度越大,铸坯脆性区间扩大程度越大。另外随着冷却速率的增加,相转变温度A’r3,A’r1值逐渐降低。回温速率对相转变温度值变化不大。γ→α转变过程中,Nb元素在晶界位置增加幅度约1.6倍左右,Nb的含量每增加100ppm,析出物开始析出温度提高25K左右。对微合金钢实验研究结果进行了工业试验,结果表明：结晶器冷却制度优化后,冷却水流速由原来的10.3m/s降至9.3m/s,进出水温差提高了1-2K,结晶器铜板温度提高了约10K,坯壳在结晶器内冷却均匀性提高。优化二冷制度,提高铸坯角部温度,对于1650mm以下断面连铸,关闭幅切,于1650mm及以上断面连铸,将幅切水量降低50%,铸坯角部温度控制1213K左右,避开了Ⅲ脆性区,热轧板卷起皮缺陷率由工艺优化前的27.69%降低了11.48%。
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【学位授予单位】：北京科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG142.1;TF777

【参考文献】