殘留元素As、Sn、Sb的晶界偏聚對連鑄鋼熱塑性的影響.pdf

1、本文借助Gleeble-2000熱模擬試驗機研究了含有不同量殘留元素As、Sn、Sb連鑄鋼的高溫力學性能。通過測定試驗鋼的高溫力學參數(shù)(斷面收縮率RA％和抗拉強度σb)、觀察金相顯微組織、分析掃描斷口形貌等方法，研究了殘留元素As、Sn、Sb及冷卻速率對熱塑性的影響，并比較殘留元素As、Sn、Sb對連鑄鋼熱塑性影響程度的強弱。同時，采用等溫時效、沖擊和俄歇能譜試驗等試驗方法研究了含殘留元素As、Sn、Sb連鑄鋼在保溫過程中沖擊功Ak隨時

2、間的變化規(guī)律，確定殘留元素As、Sn、Sb在等溫時效過程中的臨界時間。結(jié)合兩部分試驗，利用非平衡晶界偏聚理論擬合試驗結(jié)果，探討了殘留元素As、Sn、Sb在連續(xù)冷卻和保溫過程中的晶界偏聚機制。 在應(yīng)變速率和冷卻速率分別為10-2/s和20℃/s的條件下進行熱模擬拉伸并隨后空冷時，試驗鋼在700℃～800℃時金相組織均是由多邊形鐵素體和珠光體組成，并不存在奧氏體晶界上薄膜狀先共析鐵素體，但在750℃都出現(xiàn)了第Ⅲ類脆性谷底。同時，在第

3、Ⅲ類脆性溫度區(qū)(600℃～900℃)內(nèi)，殘留元素As、Sn、Sb的存在惡化了連鑄鋼的熱塑性，導致熱塑性谷底加深，熱塑性凹槽增寬。另外，第Ⅲ類脆性溫度區(qū)內(nèi)，52[＃]鋼、51[＃]鋼、61[＃]鋼和71[＃]鋼在750℃時熱塑性曲線塑性谷底依次加深，即試驗鋼中的三個脆化元素對熱塑性的影響程度由強到弱順序依次是Sb、Sn、As。 連續(xù)冷卻到750℃～800℃范圍內(nèi)拉伸時，存在一個冷卻速率(20℃/S)，以這個冷卻速率進行冷卻，試樣的

4、斷面收縮率最小，熱塑性最差；當冷卻速率大于或者小于這個冷卻速率時，試樣的斷面收縮率均會增大，熱塑性增強。 等溫時效初期，隨著時間的延長，沖擊功迅速下降，出現(xiàn)最低值，當時間進一步延長，沖擊功緩慢上升。沖擊功隨保溫時間的變化反映了殘留元素As、Sn、Sb的非平衡晶界偏聚動力學過程，本試驗測出As、Sn在低碳連鑄鋼中750℃保溫時發(fā)生非平衡晶界偏聚的臨界時間大約分別為120s和210s，Sb在超低碳連鑄鋼中750℃保溫時發(fā)生非平衡晶界

5、偏聚的臨界時間大約為120s。同時，通過觀察金相顯微組織、分析掃描斷口形貌等試驗方法發(fā)現(xiàn)：對于低碳連鑄鋼，在等溫時效過程中，先共析鐵素體沿奧氏體晶界呈薄膜網(wǎng)狀析出，因此，試驗鋼(51[＃]鋼和61[＃]鋼)的韌脆性是由金相組織和殘留元素非平衡晶界偏聚共同作用的結(jié)果；對于超低碳連鑄鋼，試驗鋼(71[＃]鋼)的韌脆性是非平衡晶界偏聚作用的結(jié)果。 俄歇能譜表明，Sn、Sb不僅在等溫時效過程中發(fā)生了晶界偏聚，而且Sn、Sb的晶界偏聚量隨

6、著保溫時間的延長而變化。當保溫時間達到臨界時間時，晶界偏聚量最大，熱塑性最低。當保溫時間大于或小于臨界時間時，晶界偏聚量減少，熱塑性升高。因此，殘留元素Sn、Sb在等溫時效過程中發(fā)生了非平衡晶界偏聚，偏聚量的大小和鋼熱塑性的高低均隨保溫時間的變化而變化。 因此，在連續(xù)冷卻和等溫時效過程中，連鑄鋼中殘留元素Sn、Sb均存在晶界偏聚現(xiàn)象，并使晶界強度降低，從而導致晶間裂紋的出現(xiàn)和熱塑性的降低。同時，Sn、Sb的晶界偏聚行為符合非平衡