铸态微合金钢第二相粒子析出机制及耦合模型研究

Microalloy steel has been utilized in difference areas since it was introduced to china. however, there are many quality defects which has limited the development of microalloy steel. Several reports proved that the main influence factors on slab quality caused by second phase particles. In order to study on precipitation mechanism of second phase particle, coupling model of second phase particles shuold be established according to reseach on relationship between solute segregation, dendrites and second phase particle; precipitation mechanism of second phase particles was revealed by researching on the thermal cycling in slab; study on solidified characterization along the liquid core and predict the distribution character of second phase particle; principle of strain induced precipitation was clarified the by researching on force condition of slab during solidifaction. All the analysis shows that defects in continuous casting can be solved by coupling model of second phase particles precipitate.

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，然而第二相粒子析出物严重影响了铸态微合金钢的质量。为了深入了解第二相粒子析出机理，为解决铸坯质量提供理论支持，本项目通过对溶质偏析、枝晶、第二相粒子研究，建立第二相粒子析出耦合模型，阐明铸态微合金钢第二相粒子析出机理；通过研究铸坯反复热变化对第二相粒子的影响，揭示第二相粒子在二冷区热循环影响下的析出机制；通过研究沿液相穴铸坯凝固特性，预测第二相粒子析出规律及分布特征；通过研究铸坯凝固过程综合受力情况，阐明第二相粒子诱导析出机理。综合前述研究，建立第二相粒子析出耦合模型，进而为解决铸坯缺陷提供工艺技术原理。

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、53.58MPa。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。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。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 ， 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。裂纹在析出物影响下的形成过程为：韧窝空洞形成应力集中，裂纹萌生；析出物钉扎晶界，应力集中；应力超过抗拉强度，二次裂纹形成。利用量纲分析得出，析出物粒子尺寸影响。