消除16Mn钢板带状组织的临界冷却速度研究

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l999年 1 1月

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s一消除 1 Mn钢板带状组织的临界冷却速度研究 6苤(海大学 .2 0 7】上 0 02

【要】通过分段冷却试验，并对试验结果进行了回归分析，得到了消徐摘1Mn钢板铁素体一珠光体带状组织的临界冷却速度的计算公式，并与文献数值进 6行了对比 .提出了改进计算精度的方法。

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【 yWod】 1M e .B耐 s .口∞‘ m Ke rs 6 n d升 d lc ct d吨R e rn1引言

2试验方法2.试验用铜 1

热轧钢板中经常会出现铁索体一珠光体

带状组织，其产生原因与钢锭 ( )中树枝坯状偏析有关，绝大多数的应用场合要求限制

本试验采用电炉冶炼的 1Mn连铸钢 6坯，其化学成分如下： C .7、 Mn 0 1%13 .5%、 S 3%、 S 0. 0%和 P 0. 7 . i0. 5

08 0%

钢板带状组织的发展，不少研究证实了加快钢板的冷却速度是改善带状组织的有效途径，其机理就是加快冷却速度可抑制碳从贫锰区向富锰区的扩散”。但是，究竟需要多 大的冷却速度才可消除 1 Mn钢的带状组 6织，不同的研究得出不同的结论。本研究采用一定的实验和测算方法，确定不同终轧厚度钢板的临界冷却速度，并与理论计算

连铸坯芯部因枝晶偏析较为发达，故在该部位截取尺寸为 6 m×10 m×9 r的试 5m 0r a 0m a样，共计 6块。22 轧制试验

轧制试验在妇8 r二辊轧机上进行 . 0m a 坯料加热温度 10%,开轧温度 1 4%~ 20 10 l6℃,用 4~5个道次轧制成三种不同厚 10度的钢板，终轧前待温度降至 8 0C~ 2￣ 90,最终轧制成 1 r 2℃ 6 m、1 r和 8 m厚 a 2m a m

值作比较，以便为采用控制冷却方法减轻和消除带状组织提供依据。

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的钢板各 2块，具体压下规程如下：( )6— 5— 3— 2一待温一 1rm 1 5 0 7 6 6 a ( )6— 4—3— 1 .一待温一 1r 2 5 8 3 95 2 m a ( )6— 5— 3— 2一 l一待温一 8m 3 5 0 7 4 3 r2 3分段冷却试验 .

表 l六块钢板四个不同位置的冷却速度 厚度规格试样终轧温度号/℃80 2 2 3 l 2 90 2 80 2 8 90 2 0 4 0. 2 5 5 0 2 0. 5 6l 0 2 0. 5 6I l0 _0,7 2 2 50 72 49 .8 9 0 2 80 2

V,,℃ () 1{) 2 (”l, 4 9 7 B

() 4

0, 0. 7 2 3 0 3 0. 5 4 4

如前所述，轧后冷却速度对带状组织影响极大，为了减少试验次数，提高试验结果的可靠性，本研究采用一种分段冷却试验方法，即将轧后钢板一端插人缓冷箱内缓慢冷却，另一端喷水加快冷却，中问段则处于空冷状态。冷却过程中，在钢板的四个不同位置用

接触式热电偶测量其温度变化 (图见 1,这样可在一块钢板上得到较大范围的冷 )却速度变化。因此，用三种不同规格的 6块钢板就得到了大量不同冷却速度条件下的组织形态，以供分析对比。

0 3 0. 6 6 5 0. 6 6

表 2六块钢板不同冷却段的冷却分布插值方式缓砖段空砖段‘

V.= 0 3十 7 9 x 1 X v^= 0 7十 3 41x l 7 6 0 3 0—

V l=O 4 5十1 6 0 ^ 9x1一 x v=0.5+4 8 0’舯 4 0x1一V .= 0 5十 3 0 l X v^ 0. 6+ 6 0 t 6 8 x 0一 5 . 6 x O V 1= 0 5+ 7 6× 1。 X vn= 0. o+ I 5 1 O 9 0| 5 . 2 x 0 X’ V.= 0 6l十 5 5× 1 X 4 0一 V… 0 6十5 5× t X 1 4 O = 0 6I+ 7 9 1… X 8x 0: 0 61+ 2 7 1… X 6x 0

注：X为试样上相对于左起第二十测温点的距离

图 1试验装置

3试验结果与分析

3 1同块钢板冷却速度的分析 .

按文献[]先测得如图 1示 4点的 4首所个6 0 2—8 0 2围的平均冷却速度 V,见表 0￣ 0￣范 b

1由此推导出插值计算公式，计算其它位，来置的冷却速度。六块板的插值公式见表 2。3 2沿扳厚方向锰元素浓度的电子探针分 .析

用 TX C A一3 3电子探针对三种厚度的钢板试样沿厚度方向进行了锰元素线扫描， 1r厚试样的锰扫描线与显微组织可见图 2m a 2。测试结果证实，在带状组织发达处，铁索体处于贫锰带， (锰带的平均锰含量为贫图 2 1 rm试样的显微组织与 2 a

锰元素扫描曲线

算可得，含 Nn量为 12%时， A为 .57 7,含锰量为 1 5 8时， A为 77, 6℃ .5% b 3℃

120 ) .5%,而珠光体处于富锰带 (锰带平富均锰含量为 158 )根据文献[]的含 5%。 2锰量与 A转变温度的数据进行线性插值计

故贫锰带和富锰带

差值△ T为 3℃。通 0

过线扫

描，还可以测出锰含量峰值问的距离，即富锰带的带间距，对三种厚度试样的

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沈黎晨等：消除 1Mn钢板带状组织的临界冷却速度研究 6

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富锰带间距多次随机测量后进行回归分析， 得到了表示带间距与轧制总压下率的回归方程：

这样就需先对出现带状的 p与 V间的关系进行回归分析，试验结果显示，两者间的关 系很接近线性关系，而不同终轧温度对临界

S=1 1 4—1 7 5 n=0. 2. 2 .￡ 1

() 1

式中

s富锰带带间距，b 一 t m￡轧制总压下率，一%

从 ( )式可知，总压下率增大，带问 1距减小。由该式可算出 1 r 6 m、 1 r a 2 m和 8 m a m三种厚度板的富锰带间距分别为 2/n 6、 a1 u和 9 r。 8r n u n

3 3带状组织密度 .

为了便于比较各种试验条件下带状组织

图 3 1rm钢板冷却速度与带状 2 a组织密度的关系0二终轧温度 8o￣ 2c●一终轧温度 9oc 2 o

的程度，参考文献[]推荐的带状组织定 5量化方法，采用单位面积内大于 10a的 0/n

连续珠光体总长度作为评估带状程度的参数，即带状密度 p,表达式为：H }—d E{ x∑1 .

冷却速度影响不大 (图 3。因此，用线见 )性模型对三种厚度的 p与得如下回归方程：

的回归分析后

P=

() 2

1 rm: p 1 3 6 a= 5. 8—5 5 .5

a=0. ( ) 1 3

式中

A视场面积，mI一 I 1 2 1视场内长度≥ 10 m的珠光 .一 0￣体长度 n视场内长度≥ 10 n的珠光一 0/ a体条数

1r 2 m: p 3 6—4 2 V a=0 1 ( ) a=1 .7 .5 b . 4 8 m:p=2 .4—3 9 VⅡ . m 66 .2 b=0 1 ( ) 5

令 ( ) ( )和 ( )式中的 D为零可 3、 4 5求得三种厚度的 v分别为 27/、 .7 s32℃/ .1 s和 6.9/。 7℃ s

按 p义，带状越严重，p越大。定3.临界冷却速度的刹定 4

35理论临界冷却速度的计算

由文献[]介绍，临界冷

却速度 v 1可表达为：

将一块钢板上不同冷却速度位置所对应的带状密度进行对比可知，冷却速度越大， 带状越轻。两种终轧温度的 1 r钢板带状 2m a密度与冷却速度的关系见图 3所谓消除带。

v;K

() 6

式中D一碳在奥氏体中的扩散系数，cT/s I2 t

状组织的临界冷却速度

就是对应于试样

的长度方向上，带状密度从大到小恰好过渡为零的那一点位置的冷却速度。要直接考察这一点的位置比较困难，因为在带状组织接近消失的区域里，相邻点的金相组织极为相似，而冷却速度却变化很大。故采用带状组织捎失前的带状密度 p与冷却速度 V的关系进行外推的方法来确定临界冷却速度 v,

带状组织中贫锰区与富锰区转变温度差，℃ d碳原子扩散距离，c 一 m K比例系数一取 7 0C时的扩散系数值 D 6￣:为 10× . 1 c/,无论比例系数 K的大小，按 0 s ( )式计算，计算值与实验结果偏差较大。 6

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其原因是钢板冷却速度的加快会使 A下 h降，而且温度的变化对碳在奥氏体中的扩散影响极大。根据文献[,温度减小 6]

的是，若 K取 1,D 6:为 1 0×1~c 2 s . 0 m/恒定不变，则按 ( )式计算结果与实验值相 6差较大 (图 4。见 )4结论

10C,扩散系数 D 0￣=减小约 1 O倍，故为了 提高理论值的计算精度，在 v的计算式中，D的取值应考虑冷却速度的影响，这样就得出了临界冷却速度的隐式计算式：v:K a

( )轧制钢板的带状组织密度随冷却速 1度增加而降低，当冷却速度达到一定值时 (界冷却速度 )临，带状组织消失。 ( )不同的总压下量使钢板的平均带间 2距不同，而且使对应的最终临界冷却速度不同。

() 7

式中需先假设 v,然后按文献[]中 7的 C T曲线确定相应的 A C,再按文献[] 6提供的图表，确定一定温度下的 D值，再：按 ( )

式算第一次 v迭代值。若结果与假 7 设值不符，则需再反复迭代，直至精度满足要求。而 K的取值则以最小二乘原则，使实际计算值和理论计算值的偏差最小。用这样的方式算得的 K值为 1,三种厚度的 v 6、分别为： 19屯/、 3 6℃/ .3 s .1 s和 8 7℃/。 .7 s计算值与试验值得到较好的相符，需要说明

( )利用理论公式计算临界冷却速度 3时，对碳的扩散系数的取值，必须考虑温度对扩散的影响，即可用下列隐式求解临界冷却速度：V: 1 6

按上式算得的 1 mm、1 r和 8 m三种厚 6 2m a m度钢板临界冷却速度分别为： 19℃/、 .3 s 3 6屯/和 8 7℃/,与实验值相符较好。 1 s .7 s参考文献[] 1刘国鼬2 4—2 8

金属学啄理 .冶金工业出版社 . 18 . 9 1

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L. H.范18, 9 94: 7

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材料科学与材料工程基础

图4

不同总压下率时应的临界冷却速度

△一试验结果 .0一 D为可变函数计算值，口一

[】冶金工业都钢铁研究总院 7线圉集 . 17 9 9舨

铜的过抟奥氏体转变曲

D授 ( )式计算值： 6

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