普碳鋼成分與凝固過程包晶反應的關系研究.pdf

1、連鑄結晶器內鋼的凝固行為，特別是包晶反應的存在，對連鑄坯表面質量有重要的影響。為了減少鑄坯表面縱裂紋，常用的方法主要是通過提高保護渣的堿度、轉折溫度以及結晶性能來控制結晶器彎月面處的傳熱。但是從現(xiàn)場澆鑄的結果來看，不同鋼種表現(xiàn)出的裂紋敏感性程度是不一樣。對于裂紋敏感性不強的鋼種，如果一味的提高保護渣堿度，一方面限制拉速的提高，另一方面，過高的堿度也可能引發(fā)粘結漏鋼、鼓肚變形、結晶器液面波動等其他問題。因此，有必要對鋼的裂紋敏感性進行系統(tǒng)

2、的研究，為連鑄工藝特別是連鑄保護渣的選擇和設計提供依據。
　　本文以普碳鋼為研究對象，首先借助熱力學軟件FactSage，分析鋼成分對包晶反應的影響。同時借助共焦激光掃描顯微鏡，對凝固過程包晶反應進行原位觀察。在此基礎上，本文提出“凝固收縮特性指數(shù)（RV）”用來評價普碳鋼的裂紋敏感性，并且根據鑄坯表面縱裂紋的統(tǒng)計數(shù)據來驗證當前的計算。研究結果如下：
　　①元素Mn、S、Si使包晶點向碳含量減少的方向移動，元素P、Al使包晶點

3、向碳含量增大的方向移動，并且元素 Mn、S對包晶點碳含量影響較大，元素 Si、P、Al對包晶點碳含量影響較小。
　?、谠谄仗嫉弯摮煞址秶鷥龋玫搅虽摮煞峙c包晶開始點（CS）、包晶點（CP）以及包晶結束點（CL）碳含量間的關系。
　?、弁ㄟ^高溫共焦激光顯微鏡，對凝固過程包晶反應進行原位觀察，發(fā)現(xiàn)在液相消失處可以看到明顯的收縮現(xiàn)象，并且實驗觀察到的相變化過程與計算的結果相一致。同時根據包晶轉變持續(xù)的時間和已生成固相的晶界形狀，對

4、凝固過程縱裂紋的產生原因進行了分析和討論。
　?、茉诜瞧胶獍^(qū)下計算的不同鋼種的凝固收縮特性指數(shù) RV與現(xiàn)場縱裂紋的統(tǒng)計結果相一致，可以用來預測普碳鋼的裂紋敏感性，并且根據 RV值的大小，將鋼的裂紋敏感性劃分為四類：
　　當RV在2.1％以上時，鋼的裂紋敏感性最強，應當使用高堿度、高結晶性能以及高轉折溫度的保護渣，以控制彎月面附近的傳熱；
　　當RV在1.9%~2.1%時，鋼的裂紋敏感性強，保護渣主要功能仍然是控制彎

5、月面附近的傳熱；
　　當RV在1.7%~1.9%時，鋼的裂紋敏感性較強，保護渣只需在彎月面附近適當控制傳熱；
　　當RV低于1.7%時，鋼的裂紋敏感性弱，此時保護渣主要功能則在于潤滑鑄坯。
　?、萃ㄟ^引入零強度溫度（ZST）和零塑性溫度（ZDT），從殘余液相的角度更進一步的揭示包晶反應與鋼的裂紋敏感性的關系。通過計算非平衡凝固下的各相組成，在考慮殘余液相的影響下，分析了不同鋼種的裂紋敏感性情況，其結果與實際情況相吻合。