冷却速率对40Cr钢凝固组织及偏析行为影响的研究

发布时间：2020-10-16 18:52

　　 连铸中,钢的导热性影响着铸坯的凝固行为,铸坯的凝固组织结构及合金元素的分布行为又影响着钢的导热性。研究冷却速率对含铬钢凝固组织的影响,可以为进一步研究铸坯凝固组织与含铬钢导热性之间的关联性提供基础,为优化含铬钢的连铸冷却制度提供理论依据。为此,本文通过热模拟实验及化学分析、能谱分析的方法,以40Cr钢为研究对象,研究冷却速率对40Cr钢凝固行为的影响,分析冷却速率对40Cr钢凝固组织、晶粒尺寸、Cr元素宏观偏析、显微偏析行为的影响。论文主要结论如下:(1)不吹氩冷却控制条件下,40Cr钢样为全等轴晶凝固组织结构,其中钢样边缘和上部有较多的细小等轴晶;吹氩强冷条件下,钢样凝固组织出现粗大的类柱状晶结构,随吹氩强度的进一步增大,铸坯内的缩孔缺陷显著增大,凝固组织有向典型三层凝固组织转变的趋势。(2)随钢液起始冷却控制温度的提高,40Cr试样的凝固组织存在粗化行为,晶粒尺寸增大。(3)本文实验条件下,在40Cr钢样晶界边缘及晶内出现珠光体偏聚现象。(4)在全等轴晶凝固组织结构中,40Cr钢试样从表层到中心,没有出现典型三层凝固组织中的表层合金元素含量低、中心成分高的现象。(5)实验中未吹氩条件下,随钢样所受到的冷却强度逐渐增大,试样表层Cr元素在晶界晶内显微偏析度降低,试样中间、中心显微偏析度变化不显著。当钢样进行吹氩后,随冷却强度增大,试样的表层、中间、中心显微偏析度均增大。(6)钢液起始冷却控制温度对铬元素的显微偏析度有影响,在钢液起始冷却控制温度为1550℃时,钢样1/2高度处横断面上Cr元素在晶界晶内显微偏析度略比1560℃、1570℃大。
【学位单位】：武汉科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2016
【中图分类】：TF777
【部分图文】：

素在钢样中的枝晶偏析度如表 1.2 所示[18]。表 1.2 不同元素在钢锭中的枝晶偏析度 SeS P C W V Mo Si Cr Mn 2.0 1.5 0.6 0.6 0.4 0.4 0.2 0.2 0.15 界偏析凝固过程中，溶质元素和非金属夹杂物富集于晶界，使晶界与晶差异，这种成分不均匀现象称为晶界偏析。晶界偏析的产生有两示[19-20]。粒并排生长，晶界平行于生长方向，由于表面张力平衡条件的要交界的地方，会出现一个凹槽，深度可达 8~10μm。此处有利于凝固后就形成了晶界偏析，如图 1.1 左图所示。

六方断面晶界处的溶质会贫化。这种化学成分不均匀性称为胞状偏析[22]。图 1.2 胞状生长时溶质分布示意图1.2.3 晶界偏析的形成机理连铸坯的凝固是选分结晶的过程，即溶质在固液两相中的溶解度不同，在结晶的过程中，凝固前沿不断有溶质析出，若 k=Cs/CL<1，那么溶质在液相中的浓度就会不断升高。如果是理想状态下的平衡结晶，则溶质在固相和液相中能够充分扩散，均匀分布。但是在钢液实际凝固的过程中，溶质在固相和两相间的扩散很难充分进行。这样就会使得凝固前沿液相中溶质富集。由于溶质富集使得局部液相线降低，出现成分过冷的现象。如果加快冷却速度，尖端过冷的情况会变大[23-24]。理论上来说，若不存在成分过冷，则凝固前沿应为平滑无组织状态。但是随着成分过冷的加重，晶体的生长方式逐渐变为胞状生长，直至树枝状。一般而言，凝固前沿主要以树枝状生长和内生生长为主。前期，凝固按照一定的方向有序地进行，其柱状晶组织细密而均匀，不出现重偏析。而凝固后期的柱状晶组织的一次枝晶臂间距变大，若一次枝晶臂间距比二次枝晶的长度还要大时，那么二次枝晶臂可能会有一些无法到达的地方，这些地方就会产生空隙。甚至空隙处

图 1.6 可知，随着温度的上升，螺线长逐渐上升，即铁水的流动性逐渐上升在浇注温度相同的情况下，铁水的流动性随含铬量的增加而下降。一般来通铁水，其高炉出铁温度不得低于 1320～1330℃，由图 1.6 可知，其相对流动性约为 1000mm。而含铬 8.52％和 13.18％的铁水出铁温度分别不得5℃和 1540℃。因此，所需冶炼的铁水含铬量越高，需要达到的出铁温度高，这样才能达到相同的流动性[40]。Cr 含量对合金性能及组织的影响图 1.7 所示，（a）、（b）、（c）三幅金相组织图分别表示不同含铬量的合金的金相组织。可以看出，其铸锭晶粒内部组织不均匀，出现微观偏组织不均匀分布。晶粒间有明显黑色边界，有大量黑斑。从（a）到（cZr 合金中的含铬量逐渐上升，其铸态偏析程度也明显增大。如（c）图所示为 1%的合金偏析程度最大，其第二相密集且基本相连成网[41]。
【参考文献】

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1 Wang SU;Wei-ling WANG;Sen LUO;Dong-bin JIANG;Miao-yong ZHU;;Heat Transfer and Central Segregation of Continuously Cast High Carbon Steel Billet[J];Journal of Iron and Steel Research(International);2014年06期

2 张麦仓;曹国鑫;董建新;;冷却速度对GH4169合金凝固过程微观偏析及糊状区稳定性的影响[J];中国有色金属学报;2013年11期

3 王淼;;冶金企业中连铸设备的概况与发展[J];科技促进发展;2012年01期

4 陈进;苏志坚;中岛敬治;赫冀成;;电磁搅拌下Cr钢柱状晶向等轴晶转变准则(一)[J];铸造技术;2010年08期

5 毛杰;唐普洪;;时效对Al-Zn-Mg-Cu合金Mg晶界偏析及性能的影响[J];热加工工艺;2010年02期

6 田陆;包燕平;黄郁君;;凝固组织对连铸板坯中心偏析的影响[J];北京科技大学学报;2009年S1期

7 陈小明;宋仁国;任建平;李杰;张宇;何源;;“双峰”时效对7175合金Mg晶界偏析及性能的影响[J];兵器材料科学与工程;2009年05期

8 郑治;江垚;董虹星;汤烈明;贺跃辉;黄伯云;;Environmental corrosion resistance of porous TiAl intermetallic compounds[J];Transactions of Nonferrous Metals Society of China;2009年03期

9 陈永楠;魏建锋;赵永庆;屈可朋;王慧;;Ti14合金半固态变形的晶界偏析行为[J];稀有金属材料与工程;2009年01期

10 殷瑞钰;;我国炼钢-连铸技术发展和2010年展望[J];炼钢;2008年06期

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本文编号：2843636