连铸工艺同模铸工艺

连铸工艺同模铸工艺连铸工艺同模铸工艺相比具有收得率高质量稳定和减少工序的特点从经济角度及质量要求方面考虑在进入下一道工序时连铸坯必须是无缺陷的如果可能不需要任何的检查与加工为了获悉在连铸坯内部或表面裂纹的形成机制以及在出现裂纹情况下材料的高温性能研究者进行了大量的高温拉伸测试通常在刚好低于进行的高温拉伸测试被称作温拉伸而在至熔点温度以下进行的高温拉伸测试被称作高温拉伸高温拉伸测试主要研究材料的强度及韧性延展性以实现在凝固及连铸过程中对产品质量进行优化金属材料的高温性能受多种参数的影响对性能有显著影响的因素比如材料的化学成分应变速度温度一时间循环关系一直是人们研究的对象连铸过程中热裂纹的形成在连铸焊接及热加工过程中如果材料不能承受应力和应变所产生的应力热裂纹就会形成说到这里必须区别两种不同类型的热裂纹第一种热裂纹是晶体内裂纹当有液相薄膜层浸入晶粒边界在拉伸负荷作用下没有出现塑性变形晶粒内部显微组织就发生了撕裂第二种热裂纹则正好相反不涉及液相大约在再结晶温度以下材料的延展性有所降低因此这种热裂纹被称作延展性降低裂纹第一种热裂纹被称作偏析裂纹因为液相薄膜的形成与凝固过程中合金元素的显微偏析有关这种类型的裂纹可进一步分为凝固收缩裂纹和熔化裂纹凝固过程中在凝固面前沿的熔融区富含合金元素和残余元素因此在凝固过程的末期还会存在少量的残留液相分布在已凝固的显微组织之间把它们分开凝固和冷却阶段产生的收缩应变以及膨胀另外增加的收缩应变都会产生表面裂纹和内部裂纹即使在随后的热成型加工中内部凝固裂纹也不能消除如果材料承受更大的张力负荷合金元素偏析的地方仍会发生断裂如果这些区域在随后进一步的加工中被切掉这些部位有可能成为淬火裂纹的起始点或导致材料发生劈裂对于凝固过程过去曾做过大量的报道在接下来的部分将会对凝固裂纹的形成过程进行解释随着凝固过程的进行在还剩大约液相的时候晶粒之间的相互连接使最初试样可以经受住较小的外力此时的温度被称作零强度温度从宏观上来讲此时的试样很脆甚至会完全断裂因为晶粒间残留的液相薄膜不能把应变转移到邻近的枝晶或晶粒随着试验温度的降低合金元素的局部偏析区开始凝固当断裂时首先能测到断面收缩发生在所谓的零塑性温度随着温度的进一步降低材料的强度持续增加断裂瞬间断面收缩开始急剧增加当达到最大值后多少有些下降其值完全依赖于钢种这种所谓的二次降低塑性归因于合金元素和残余元素在奥氏体中的溶解度降低析出相应的微粒流体相的形成以及在奥氏体晶粒边界析出亚共析铁素体这使得材料断裂瞬间其最小断面收缩可以降到很低的值零强度温度和零塑性温度之间的温度范围表示了材料固相和液相界面力学性能的特征这两个温度的差值一可用来作为连铸坯内部裂纹和热裂纹形成敏感性的量度工业研究证实当此温度范围增加时可观察到的内部裂纹数量有所增加奥氏体不锈钢凝固组织的形态取决于铁素体和奥氏体形成元素的平衡含量此平衡含量通常用铬当量和镍当量之比来表示即在本文中我们按照和的方法来计算具有低比值的奥氏体铬镍钢内部容易出现裂纹结晶器出口处的铸坯是裂纹形成的关键区因为这里的冷却速度急剧降低连铸坯的温度梯度也显著降低因此凝固前沿的温度升高甚至可以达到熔点此效应导致靠近凝固前沿的柱状晶之间产生熔融偏聚区如果铸坯到达二次冷却的第一区则又可以恢复较高的温度梯度不同钢种不锈钢对热裂纹形成的敏感性显示出极大的差异对于这些钢种热裂纹的形成主要同凝固过程中初生析出相的类型和析出相的顺序有密切关系初生析出相为奥氏体的不锈钢具有较高的热裂纹形成敏感性除了在凝固过程中产生的较大收缩外热裂纹易于形成的原因还有磷和硫元素溶解度的降低它们在基体中扩散速度降低以及锰在奥氏体晶格中溶解度的增加大生产的不锈耐酸和耐热钢其热裂纹形成的敏感性在多大程度上可以通过加入合金元素如钙和镁来降低以及通过加入来自废金属的残余元素铜锡和铅会增加其敏感性这样的研究目前几乎没有因此应当研究这些元素对奥氏体不锈钢高温性能的影响本文主要阐述上述元素的不同含量对所选不锈钢高温延展性和强度的影响以及对其在熔点至之间热裂纹形成敏感性的影响此外在工业条件下重新加热对材料在上述温度区间内的高温塑性的影响也进行了研究实验材料和试样的制备实验采用四种奥氏体铬镍不锈钢即和理想合金成分的获得是通过在氩保护气氛的感应炉内加入合金元素得到的把这些元素加入钢水中并搅拌后迅速注入模中然后材料被锻造成直径为的棒为了加入铅元素先前制造的约电极材料在高压下进行电渣重熔在加入铅的同时进行电磁搅拌对试样接下来的处理工艺同前面的一样拉伸测试的试样直径为总长在进行拉伸测试前试样中段长的区域被熔化并以的速度冷却这样至少使的横截面沿径向凝固试验过程和试验仪器材料的熔点和凝固点温度由差动式热分析仪所确定拉伸测试是试样被部分重新熔化和冷却后在高温拉伸测试机上进行的经拉伸测试试样的显微组织是通过对同一材料的其他试样的观察来决定的试样直径长并在特制的坩埚内熔融在经过规定的温度一时间周期后试样淬入盐水中试样的显微组织通过金相检验和电子显微探针来确定结果铜锡和铅对材料高温性能的影响选用和这两种材料来进行一系列的测试它们的凝固模式主要分别为铁素体模式和奥氏体模式只有才加入铅铜的加入从根本上降低了特征温度但对两种材料的作用不同对于材料其临界凝固温度区间从含铜增至含铜同时零强度温度和零塑性温度都有所下降对于材料当铜含量从增至时其熔点温度凝固点温度零强度温度和零塑性温度下降了约当铜含量增至时这些温度开始保持不变但临界凝固温度区间增大从加铜合金断裂时的断面收缩率和最大拉力随温度的变化关系可知随着铜含量的增加对断面收缩率并没有明显影响随着温度逐渐降至它们的塑性不但没有降低反而有所升高用来进行拉伸测试的试样含铜量是最高的含铜含铜随着铜含量的增加的断面收缩率没有变化而的断面收缩率则稍微下降塑性的降低主要是由于较高的形变速率而不是由于铜含量的增加锡的加入从根本上降低了材料的特征温度但对两种钢的作用方式不同对随着锡含量从增加到其临界凝固温度区间从增至几乎增加了一倍而当锡含量增至约时则降至锡对的作用则不同随着锡含量从增加到其临界凝固温度区间最初升高而后保持在一直到锡含量增至试样对于随着锡含量的增加当温度小于时零强度温度零塑性温度以及断面收缩率都有所下降而对这种变化不是连续的当平均锡含量为时达到最低值对材料的显微组织研究表明这种情况出现的原因是锡含量的增加降低了钼元素的偏聚另外大量硫和锰的偏聚也有重要影响总而言之可以说两种材料中锡含量的增加显著降低了其韧性尤其是在左右的温度区间内工塑性的降低要大于对于这两种材料当含锡量最高的试样在大生产条件下退火后两种材料在应变速度为的情况下其韧性有所降低但在至的温度区间内几乎保持不变由于断面收缩率的变化同未经过退火的情况以及低应变速度的变化方向一致因此可以得出这样的结论即材料塑性的变化是由于应变速度的影响铅本文研究了铅对高温性能的影响由于试样较少所以只进行了有限的实验工作铅的最大加入量为根据差式热分析法研究发现当铅含量在时材料的熔点降低了约凝固点降低了约当铅含量从增至时临界温度区间零强度温度和零塑性温度之间的差值从增至约较低的变形速度对材料的韧性似乎没有什么影响相反退火试样在应变速度为条件下进行试验其韧性在至的温度范围内明显降低钙和镁对材料高温性能的影响加入钙和镁对不锈钢高温强度和塑性的影响是通过对和的研究得出的这两种钢的初生析出相分别为铁素体和奥氏体对加入不同含量的钙和镁在整个温度区间内材料的韧性都有所增加钙和镁的添加对的作用也相同同不加钙和镁的试样相比加入的镁可使的零塑性温度降低但是其塑性仍显著低于讨论对于初生析出相为铁素体的铜的加入只稍微增加了临界凝固温度范围约同时降低了凝固点和零韧性温度而对初生析出相为奥氏体的铜的加入则使上述温度显著提高相反加入的铜几乎不影响二者的高温强度和塑性对于大生产来讲这意味着当含铜量为时的浇铸温度应当降低对进行连铸时必须采取措施降低作用于连铸坯外壳的机械压力最多含的锡时其临界凝固温度范围仅仅增加了约相反中只要加入的锡其临界凝固温度范围就会显著增加随着锡含量的增加这两种材料的韧性明显降低尤其是在左右的温度范围内由于同相比的韧性降低得更多所以应当注意这种材料在热成型加工中的参数当中含的铅时在至的温度范围内随着变形速度的增加其韧性最差因此在大生产中铅的含量应控制在以下在和中加入钙和镁只稍微降低它们的熔点和零塑性温度钙和镁的加入使二者从的温度直到延展性都显著增加从这点可以得出结论钙和镁的加入有利于对二者进行热加工小结铜锡铅钙和镁这些元素对奥氏体不锈钢高温凝固显微组织的强度和韧性具有不同的作用此外凝固方式初生析出相为铁素体或奥氏体也是一个重要的影响因素铜锡和铅的加入部分增加了材料的临界温度范围宽度它们影响热裂纹形成的敏感性此外这三种元素还降低了材料凝固显微组织在拉伸应力作用下的塑性在大生产连铸过程中材料出现内部裂纹以及在热加工过程中出现微裂纹的危险可以分别通过调整连铸参数和降低变形速度的方法来降低尤其对于初生析出相为奥氏体的钢来讲更是如此