碳氮析出物研究.ppt

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1、Nb、V、Ti微合金钢碳氮化物析出研究学生：指导老师：李胜祗教授张建平正高张乔英所长张明辰报告内容一.研究目的及意义1.1研究目的与传统模铸锭相比，连续铸钢的优越性主要为：但两者有一明显差别：节约能量消耗改善劳动条件自动化机械化程度高与钢锭-初轧工艺相比简化生产钢坯工艺流程节省大量投资提高金属的收得率（10%-14%）成材率经济效益可观连铸板坯裂纹比较多见，约占各类缺陷50%图1.1板坯表面缺陷示意图连铸含Nb、V、Ti微合金化钢时，由于微细碳氮化物的析出而恶化钢的高温延塑性是导致表面裂纹尤其是角横裂纹产生的重要原因之一1-表面纵裂纹2

2、-表面横裂纹3-网状裂纹4-角部横裂纹5-边部纵裂纹6-表面夹渣7-皮下针孔8-深振痕表1-2浇注含Nb、V、Ti钢时角横裂缺陷的发生情况二冷制度优化，避开脆性温度区矫直（“髙行”或“冷行”法）或是较温和的二冷段冷却方式宝钢生产GT等中碳钢，角横裂平均发生率一度达24.5%舞钢300mm×1900mm大型厚板坯连铸机自1992年底投产后，角裂纹问题不断突出武汉钢铁（集团）公司第二炼钢厂在浇铸含铌钢时，铸坯横裂纹出现较为频繁，一度废品率达到5%~10%马钢四钢轧板坯连铸机在生产微合金化钢种时，铸坯角部横裂纹一直未从根本上得以解决1.2研究

3、意义开展连铸过程中碳化物、氮化物的析出规律研究，为改善铸坯表面质量是非常必要的，也是十分重要的。通过液相、凝固过程及弯曲、矫直段三阶段热力学及动力学的基础理论性研究，系统分析碳氮化物的析出规律，对科学制定后续的实际生产工艺起指导作用。二.国内外研究概况2.1Nb、V、Ti微合金元素作用控制轧制细化晶粒、微细析出物的沉淀强化钢的强度、韧性均有所改善微细析出物恶化晶界强度高温力学性能差应力集中点裂纹敏感性连续浇铸图2-1微合金元素对奥氏体晶粒大小的影响Gleeble热模拟RA%标准脆性区间高温脆性区间低应变速率（10-4-10-2s-1）弯

4、曲、矫直段应变速率（10-3-10-4s-1）铸坯边角部温度处在脆性区间边角部温度波动大角横裂纹碳氮化物析出温度区间应力作用高温力学性能变差图2-2钢的高温延性示意图图2-3晶界脆化机制析出物越细小恶化越严重2.2碳氮析出物析出规律的研究方法热力学研究规则溶液理论（溶解度参数理论）连铸工序中液相、凝固过程热力学研究动力学研究经典形核、长大理论连铸工序中弯曲、矫直段应变诱导析出研究Gleeble热模拟Gleeble热模拟实验金相设备（SEM、EDX）2.2.1热力学研究热力学计算模型的基础：溶解度参数理论在钢液的降温过程中，碳化物、氮化物

5、的溶解度不断降低，当析出物生成元素的实际溶度积大于平衡溶度积时，发生析出反应。由于碳化物、氮化物的晶体结构相同、点阵常数接近，所以他们之间能相互固溶，形成连续固溶体，即碳氮化物。当钢液温度降到固液两相区时，析出物形成元素发生偏析，需用相应的溶度积公式进行计算。图2-5微合金化元素碳化物和氮化物在奥氏体中的溶解度示意图图2-4氮化物、碳化物的实际溶度积与平衡溶度积的比较2.2.2动力学研究表2-6微合金钢中析出物析出的应变诱导析出模型对于未变形奥氏体的等温析出，基于扩散形核理论是易于预测和计算的；但对于变形奥氏体的析出过程，则比较困难。因

6、为这涉及到形核位置、析出驱动力、溶质原子的扩散机制及偏聚等问题影响析出动力学的主要因素是温度，但应变、应变速率、应变温度均会对其产生重要影响。图2-7不同拉速条件下PTT曲线A2.45×10-4S-1B3.27×10-4S-1C4.08×10-4S-1Nb（C,N）的析出除与温度有关外，在应变作用下存在应变诱导析出。铸坯在弯曲、矫直过程中受应力作用会产生相应的应变，这部分应变及应变速率对其析出物的析出产生影响。由于连铸过程中的影响因素众多、复杂，简单的计算难以准确地得到应变数据，而数值模拟能够完成应力应变的计算分析。2.3MSC.Ma

7、rc数值模拟的应用连铸控制是一个为避免各种铸坯缺陷的稳定的、复杂的过程控制。连铸是一个连续凝固的过程，钢水经结晶器、二冷区、空冷辐射区后形成凝固的铸坯。数值模拟可以有效地完成对连铸坯弯曲、矫直段的应力应变分布的计算分析。图2-8连铸机示意图MSC.Marc数值模拟温度场应力应变场热力耦合场弯曲、矫直段弯曲、矫直段结晶器整个连铸过程图2-9矫直区等效弹性应变（拉速1m/min）在研究碳氮化物的应变诱导析出时，可借助Marc数值模拟，将得出的应变速率、应变、应变温度等数据代入应变诱导析出公式，分析应变对析出产生的影响。研究思路动力学分析热力

8、学分析液相析出凝固过程析出应变诱导析出研究数值模拟三.主要研究内容对碳化物、氮化物在液相、凝固过程、弯曲、矫直段三阶段热力学研究，研究碳氮化物的析出规律；计算碳氮化物在各典型温度区间的析出规律、碳氮化物的平