D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1998.01.009 第20卷第1期 北京科技大学学报 Vol.20 No.1 1998年2月 Journal of University of Science and Technology Beijing Feb.1998 反向凝固钢带母带与凝固层间焊合的研究 许中波阁朝红周荣章王新华 朱志远王万军 北京科技大学冶金学院，北京100083 摘要研究了反向凝固钢带母带与凝固层之间的焊合，分析了反向凝固钢带的组成，焊合的条件 及影响焊合的因素，结果表明：母带与凝固层可以实现良好的焊合；焊合的条件是母带表面产生 部分熔化：钢液过热度对焊合有一定影响， 关键词连续铸造反向凝固；母带：凝固层；焊合 分类号TF777S 对于薄带连铸新工艺之一一反向凝固法的研究，国外报道很少，国内更是空白.反向凝固 浇注法是将母带穿过钢水，使钢水在母带表面凝固“).在此工艺中，母带与凝固层之间是否 能够实现良好的焊合是关键问题之一，本文在实验室研究了母带与凝固层之间的焊合及焊合 的条件和影响焊合的因素. 1实验方法 在7kg的感应炉中，把废钢熔化成钢液（钢种为A,;钢液过热度为10,20,30,40,50℃）， 将表面清洗千净的母带（钢种为A3;长度200mm,宽度20mm,厚度1.95mm)以200mm/min 的速度插人钢液，控制浸人时间，然后以相同的速度拉出， 对实验中的某些典型试样，进行磨光、抛光处理，在金相显微镜下观察其焊合状况，用扫 描电镜观察其弯曲、扭转断口， 2实验结果及分析讨论 2.1焊合状况 钢液为A,和10"的反向凝固钢带横截面经磨光、抛光之后，看到的是一个非常光滑的镜 面，根本找不到母带与凝固层之间的分界线，母带与凝固层看起来已成为一个整体， 图1(a)是反向凝固钢带的低倍组织图(5%的硝酸酒精侵蚀)，其上侧及下侧是凝固层， 中部是母带.图1(b)是对图1()的焊合部位的放大.它的上侧是凝固层，下侧是母带，图 1(),(b)表明母带与凝固层的焊合状况相当好.如文献[1]所说，焊合处没有明显的界限，熔 合得相当好，焊合处组织及凝固组织大致均匀，焊合处组织要比凝固层组织稍细小一些， 对一些钢带进行了弯曲、扭转实验.图2(a)和(b)分别为弯曲、扭转后断口的扫描电镜 图.从图看出，钢带虽然已经断裂，但凝固层与母带仍然结合得很好，并未开裂. 2.2反向凝固钢带的组成 从焊合状况看，反向凝固钢带可分为凝固层、熔合区、母带3个部分，熔合区又可分为部 1997-10-15许中波男，40岁，副教授，博土王新华男，44岁，教授，博导 ·国家自然科学基金资助课题(No.59634130)
第 2 0卷 1 9 9 8年 第 1期 2月 北 京 科 技 大 学 学 报 JO u r n a l o f t jn i v e r s i ty o f 灰i e n e e a n d T e c h n o l o gy B e ij i n g V o l . 20 N o . l F e b 。 1 9 9 8 反 向凝 固钢带母带与凝 固层 间焊合的研究 ’ 许 中波 阎朝 红 周 荣章 王新 华 朱志远 王 万 军 北京科技大学冶 金学院 , 北京 10 0 0 8 3 摘 要 研究 了 反向凝 固钢带母带与凝固 层之间的焊合 , 分 析了 反 向凝 固钢带 的组成 、 焊合的条件 及 影 响焊合 的因 素 . 结果表明 : 母带 与凝 固层 可 以实现 良好 的焊 合 ; 焊合 的条件是母带 表面 产生 部 分熔化 ; 钢液过 热度对焊合有一定影响 . 关健词 连续铸造反向凝固 ; 母带 ; 凝固层 ; 焊合 分类号 T F 7 7 7 S 对于 薄带连铸新 工 艺之一一反 向凝 固法 的研 究 , 国外 报道很 少 , 国 内更 是空 白 . 反 向凝 固 浇 注 法是 将 母 带穿 过 钢水 , 使钢水 在母 带表 面凝 固【’ , ’ 1 . 在 此 工 艺 中 , 母 带 与凝 固层 之 间是 否 能够 实 现 良好的焊合 是 关键问题 之一 本文在 实验室研 究 了母 带与凝 固层 之 间的焊合 及焊 合 的条件和 影 响焊 合的因 素 . 1 实验方 法 在 7 kg 的感应炉 中 , 把 废钢 熔化 成钢液 (钢种 为 A 3 ; 钢 液 过热 度为 10 , 20 , 30 , 40 , 50 ℃ ) . 将表 面清 洗 干净 的母带 (钢种 为 A 3 ; 长度 2 0 ~ , 宽度 2 0 m m , 厚度 1 . 95 m m ) 以 2 0 0 m n 习m i n 的速 度插 人 钢液 , 控制 浸人 时间 , 然 后 以相 同的速度拉 出 . 对实 验 中 的某 些典 型试 样 , 进 行磨 光 、 抛 光处 理 . 在 金相 显 微镜 下观 察 其焊 合状 况 , 用 扫 描 电镜观察其弯曲 、 扭 转断 口 . 2 实验结果及分析讨论 2 . 1 焊合状况 钢 液为 A , 和 10 # 的反 向凝 固钢 带横截 面 经磨光 、 抛 光之后 , 看 到 的是 一个 非 常光 滑 的镜 面 , 根本 找不 到母 带 与凝 固层 之 间的分界 线 , 母带 与凝 固层看 起来 已 成 为一个整 体 . 图 1 ( a) 是 反 向凝 固钢带 的低倍 组织 图 ( 5 % 的 硝酸 酒精 侵 蚀 ) . 其 上 侧及 下 侧是 凝 固层 , 中部 是 母 带 . 图 1 ( b) 是 对 图 l ( a) 的焊 合部 位 的放 大 . 它 的 上 侧 是凝 固层 , 下侧是 母 带 . 图 1 ( a) , ( b) 表 明母 带 与凝 固层 的焊合 状况 相 当好 . 如文 献 【l] 所说 , 焊合处 没 有 明显 的界 限 , 熔 合得 相 当好 , 焊合处组 织及 凝固组 织大致 均匀 , 焊合处组织 要 比凝 固层 组织稍 细小 一些 . 对一些 钢 带进行 了弯曲 、 扭 转实 验 . 图 2 ( a) 和 ( b) 分 别 为 弯曲 、 扭 转 后 断 口 的 扫描 电镜 图 . 从 图看 出 , 钢带 虽然 已 经 断裂 , 但凝 固层 与母带仍 然结 合得很 好 , 并未 开裂 . .2 2 反 向凝 固钢带的组 成 从 焊 合状 况 看 , 反 向凝 固钢 带可 分 为凝 固层 、 熔合 区 、 母 带 3 个 部 分 . 熔 合 区 又 可分 为部 19 9 7 一 10 一 15 许 中波 男 , 40 岁 , 副教 授 , 博士 王 新 华 男 , 4 岁 , 教授 , 博导 * 国 家 自然 科学 基金 资助 课题 ( N o . 59 6 34 1 30 ) DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 1998. 01. 009
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第 2 0卷 1 9 9 8年 第 1期 2月 北 京 科 技 大 学 学 报 OJ u r n a l o f t jn i v e r s i ty o f 灰 i e n e e a n d T e c h n o l o g y B e ij i n g V o l . 20 N o . l F e b 。 1 9 9 8 反 向凝 固钢带母带与凝 固层 间焊合的研究 ’ 许 中波 阎朝 红 周 荣章 王新 华 朱志远 王 万 军 北京科技大学冶 金学院 , 北京 10 0 0 8 3 摘 要 研究 了 反向凝 固钢带母带与凝固 层之间的焊合 , 分 析了 反 向凝 固钢带 的组成 、 焊合的条件 及 影 响焊合 的因 素 . 结果表明 : 母带 与凝 固层 可 以实现 良好 的焊 合 ; 焊合 的条件是母带 表面 产生 部 分熔化 ; 钢液过 热度对焊合有一定影响 . 关健词 连续铸造反向凝固 ; 母带 ; 凝固层 ; 焊合 分类号 T F 7 7 7 S 对于 薄带连铸新 工 艺之一一反 向凝 固法 的研 究 , 国外 报道很 少 , 国 内更 是空 白 . 反 向凝 固 浇 注 法是 将 母 带穿 过 钢水 , 使钢水 在母 带表 面凝 固【’ , ’ 1 . 在 此 工 艺 中 , 母 带 与凝 固层 之 间是 否 能够 实 现 良好的焊合 是 关键问题 之一 本文在 实验室研 究 了母 带与凝 固层 之 间的焊合 及焊 合 的条件和 影 响焊 合的因 素 . 1 实验方 法 在 7 kg 的感应炉 中 , 把 废钢 熔化 成钢液 (钢种 为 A 3 ; 钢 液 过热 度为 10 , 20 , 30 , 40 , 50 ℃ ) . 将表 面清 洗 干净 的母带 (钢种 为 A 3 ; 长度 2 0 ~ , 宽度 2 0 m m , 厚度 1 . 95 m m ) 以 2 0 0 m n 习m i n 的速 度插 人 钢液 , 控制 浸人 时间 , 然 后 以相 同的速度拉 出 . 对实 验 中 的某 些典 型试 样 , 进 行磨 光 、 抛 光处 理 . 在 金相 显 微镜 下观 察 其焊 合状 况 , 用 扫 描 电镜观察其弯曲 、 扭 转断 口 . 2 实验结果及分析讨论 2 . 1 焊合状况 钢 液为 A , 和 10 # 的反 向凝 固钢 带横截 面 经磨光 、 抛 光之后 , 看 到 的是 一个 非 常光 滑 的镜 面 , 根本 找不 到母 带 与凝 固层 之 间的分界 线 , 母带 与凝 固层看 起来 已 成 为一个整 体 . 图 1 ( a) 是 反 向凝 固钢带 的低倍 组织 图 ( 5 % 的 硝酸 酒精 侵 蚀 ) . 其 上 侧及 下 侧是 凝 固层 , 中部 是 母 带 . 图 1 ( b) 是 对 图 l ( a) 的焊 合部 位 的放 大 . 它 的 上 侧 是凝 固层 , 下侧是 母 带 . 图 1 ( a) , ( b) 表 明母 带 与凝 固层 的焊合 状况 相 当好 . 如文 献 【l] 所说 , 焊合处 没 有 明显 的界 限 , 熔 合得 相 当好 , 焊合处组 织及 凝固组 织大致 均匀 , 焊合处组织 要 比凝 固层 组织稍 细小 一些 . 对一些 钢 带进行 了弯曲 、 扭 转实 验 . 图 2 ( a) 和 ( b) 分 别 为 弯曲 、 扭 转 后 断 口 的 扫描 电镜 图 . 从 图看 出 , 钢带 虽然 已 经 断裂 , 但凝 固层 与母带仍 然结 合得很 好 , 并未 开裂 . .2 2 反 向凝 固钢带的组 成 从 焊 合状 况 看 , 反 向凝 固钢 带可 分 为凝 固层 、 熔合 区 、 母 带 3 个 部 分 . 熔 合 区 又 可分 为部 19 9 7 一 10 一 15 许 中波 男 , 40 岁 , 副教 授 , 博士 王 新 华 男 , 4 岁 , 教授 , 博导 * 国 家 自然 科学 基金 资助 课题 ( N o . 59 6 34 1 30 )
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第 2 0卷 1 9 9 8年 第 1期 2月 北 京 科 技 大 学 学 报 JO u r n a l o f t jn i v e r s i t y o f 灰 i e n e e a n d T e c h n o l o g y B e ji i n g V o l . 20 N o . l F e b 。 1 9 9 8 反 向凝 固钢带母带与凝 固层 间焊合的研究 ’ 许 中波 阎朝 红 周 荣章 王新 华 朱志远 王 万 军 北京科技大学冶 金学院 , 北京 10 0 0 8 3 摘 要 研究 了 反向凝 固钢带母带与凝固 层之间的焊合 , 分 析了 反 向凝 固钢带 的组成 、 焊合的条件 及 影 响焊合 的因 素 . 结果表明 : 母带 与凝 固层 可 以实现 良好 的焊 合 ; 焊合 的条件是母带 表面 产生 部 分熔化 ; 钢液过 热度对焊合有一定影响 . 关健词 连续铸造反向凝固 ; 母带 ; 凝固层 ; 焊合 分类号 T F 7 7 7 S 对于 薄带连铸新 工 艺之一一反 向凝 固法 的研 究 , 国外 报道很 少 , 国 内更 是空 白 . 反 向凝 固 浇 注 法是 将 母 带穿 过 钢水 , 使钢水 在母 带表 面凝 固【’ , ’ 1 . 在 此 工 艺 中 , 母 带 与凝 固层 之 间是 否 能够 实 现 良好的焊合 是 关键问题 之一 本文在 实验室研 究 了母 带与凝 固层 之 间的焊合 及焊 合 的条件和 影 响焊 合的因 素 . 1 实验方 法 在 7 kg 的感应炉 中 , 把 废钢 熔化 成钢液 (钢种 为 A 3 ; 钢 液 过热 度为 10 , 20 , 30 , 40 , 50 ℃ ) . 将表 面清 洗 干净 的母带 (钢种 为 A 3 ; 长度 2 0 ~ , 宽度 2 0 m m , 厚度 1 . 95 m m ) 以 2 0 0 m n 习m i n 的速 度插 人 钢液 , 控制 浸人 时间 , 然 后 以相 同的速度拉 出 . 对实 验 中 的某 些典 型试 样 , 进 行磨 光 、 抛 光处 理 . 在 金相 显 微镜 下观 察 其焊 合状 况 , 用 扫 描 电镜观察其弯曲 、 扭 转断 口 . 2 实验结果及分析讨论 2 . 1 焊合状况 钢 液为 A , 和 10 # 的反 向凝 固钢 带横截 面 经磨光 、 抛 光之后 , 看 到 的是 一个 非 常光 滑 的镜 面 , 根本 找不 到母 带 与凝 固层 之 间的分界 线 , 母带 与凝 固层看 起来 已 成 为一个整 体 . 图 1 ( a) 是 反 向凝 固钢带 的低倍 组织 图 ( 5 % 的 硝酸 酒精 侵 蚀 ) . 其 上 侧及 下 侧是 凝 固层 , 中部 是 母 带 . 图 1 ( b) 是 对 图 l ( a) 的焊 合部 位 的放 大 . 它 的 上 侧 是凝 固层 , 下侧是 母 带 . 图 1 ( a) , ( b) 表 明母 带 与凝 固层 的焊合 状况 相 当好 . 如文 献 【l] 所说 , 焊合处 没 有 明显 的界 限 , 熔 合得 相 当好 , 焊合处组 织及 凝固组 织大致 均匀 , 焊合处组织 要 比凝 固层 组织稍 细小 一些 . 对一些 钢 带进行 了弯曲 、 扭 转实 验 . 图 2 ( a) 和 ( b) 分 别 为 弯曲 、 扭 转 后 断 口 的 扫描 电镜 图 . 从 图看 出 , 钢带 虽然 已 经 断裂 , 但凝 固层 与母带仍 然结 合得很 好 , 并未 开裂 . .2 2 反 向凝 固钢带的组 成 从 焊 合状 况 看 , 反 向凝 固钢 带可 分 为凝 固层 、 熔合 区 、 母 带 3 个 部 分 . 熔 合 区 又 可分 为部 19 9 7 一 10 一 15 许 中波 男 , 40 岁 , 副教 授 , 博士 王 新 华 男 , 4 岁 , 教授 , 博导 * 国 家 自然 科学 基金 资助 课题 ( N o . 59 6 34 1 30 )
·44· 北京科技大学学报 1998年第1期 式表示为)： D=H(H-H) (1) 其中：D一熔合比；H。一母带熔化的厚度；H,一凝固层的厚度. 2.4钢液过热度对焊合的影响因素 母带与钢液交界面处传热为： Ot ⑦xx=s a(T-T-) (2) 其中：元导热系数；a一综合对流给热系数：T一钢液温度；T.,一母带表面温度. 母带厚度相同时，对于不同的钢液温度，母带表面达到熔化所需的热量相同.由式(2)可 以看出，当α基本不变，在一定的过热度范围内（④T水50℃），钢液温度越高，(TL-T1.-)越 大，即钢液传给母带的热通量（⑦t/∂x),.,越多，则所需的时间也就越少，即母带表面达到熔 化所需的时间也就越小，这样，钢液就可以在 没有凝固之前，把母带表面加热到熔化，实现 表1过热度与熔合比关系表（浸入时间2.1s) 凝固层与母带之间的良好焊合，因此，从这个 △T1C 10 20304050 角度讲，在一定的过热度范围内，钢液温度越 D/X103 2.533.624.224.354.08 高，母带与凝固层越易焊合，见表1， 3结论 反向凝固钢带母带与凝固层间可以在母带表面有部分熔化产生的条件下，实现良好的焊 合反向凝固钢带由母带、熔合区和凝固层组成.钢液过热越大（在一定范围内），母带与凝固 层越易焊合， 参考文献 1 Fritz-Peter Pleschiutschnigg,Ingo Von Hagen,Tarek G Gammal.Peter Lorenz Hamacher and Michael Vondrbank Special Print Stahl Und Eisen,1994,114(2):47 2许中波.庆祝林宗彩教授八十寿辰论文集.北京：冶金工业出版社，1996.84 3陈伯蠡.焊接冶金原理.北京：清华大学出版社，1991.261 Bonding between Mother Sheet and Growth Layer in Inversion Casting Steel Strip Xu Zhongbo Yan Chaohong Zhou Rongzhang Wang Xinhua Zhu Zhiyuan Wang Wanjun Metallurty Shool.UST Brijing,Beijing 100083.China ABSTRACT The metallurgical bonding of mother sheet and growth layer in inversion casting was investigated in laboratory.The effect factors of bonding were analyzed.The conclusions are:mother sheet can stably bond with growth layer;bonding condition is the surface of mother sheet melted;superheat of melt effect on metallurgical bonding of mother sheet and growth layer. KEY WORDS continues casting;inversion casting;growth layer;bonding
· 4 4 · 北 京 科 技 大 学 学 报 式表 示为 l3] : D = mH / (mH 一 sH ) 其 中 : D 一熔合 比 ; mH 一母带 熔 化 的厚度 ; 从一 凝 固层 的厚度 . .2 4 钢液 过热度 对焊合的影 响因素 母带与钢 液交 界 面处 传热 为 : 19 9 8年 第 l期 ( l ) 由 } _ _ 滩 = 石二 } = a ( I L 一 1 } 、 _ s ) “ 人 l x 二 S ( 2 ) 其 中 : 又导 热系 数 ; a 一 综合对流 给热 系数 ; 兀一钢液 温度 ; 双 _ : 一 母 带表 面温 度 . 母 带厚 度相 同时 , 对于不 同的 钢液 温度 , 母带表 面 达 到熔 化所 需 的 热量 相 同 . 由式( 2) 可 以 看 出 , 当a 基 本 不 变 , 在 一 定 的 过 热度 范 围 内 (△ T< 50 ℃ ) , 钢液 温 度 越 高 , ( T L 一 州 , _ , ) 越 大 , 即钢 液 传给母 带的 热通 量又叨 t / 刁x) 、 _ 、越 多 , 则 所需 的时 间 也就 越 少 , 即母 带 表面 达到熔 化 所 需 的 时 间 也 就 越 小 . 这 样 , 钢 液 就 可 以 在 没有 凝 固 之前 , 把 母 带 表 面加 热 到熔化 , 实现 表 1 过热度与熔合 比关系表 (浸入时 间.21 5) 凝 固层 与 母 带之 间的 良好焊 合 . 因此 , 从 这个 △ T/ ℃ 10 20 30 40 50 角度 讲 , 在 一 定 的过 热 度 范 围 内 , 钢 液 温度 越 D/ ` a10 .25 3 .36 2 .42 2 .43 5 今明 _ 高 , 母 带 与凝固层 越易 焊合 . 见表 1 . 3 结论 反 向凝 固钢 带母 带 与凝 固层 间可 以 在母 带 表面 有部 分 熔 化产 生 的条 件下 , 实 现 良好 的焊 合 . 反 向凝固 钢带 由母 带 、 熔 合 区 和 凝 固层 组成 . 钢 液 过 热越 大 (在 一定 范 围 内 ) , 母带 与凝 固 层 越易 焊合 . 参 考 文 献 1 irF tz 一 eP et r lP e s e ih u st c h in g g , I n g o V o n 圣fa g e n , T a er k G C泊m m al . eP et r oL er nz l l a l n ac h e r an d 诵e h ae l V o n d ht 出I k s 详e ial irP n t S tal U nU d E i s e n , 19 9 4 , 1 14 ( 2 ) : 4 7 2 许中波 . 庆祝林宗彩教授八十寿辰 论文集 . 北京 : 冶金工业 出版社 , 1 9% . 84 3 陈伯兹 . 焊接冶金原理 . 北京 : 清华大学 出版社 , 19 91 . 2 61 B o n d i n g b e tw e e n M o th e r S h e e t a n d G r o w t h L a y e r i n I n v e r s i o n C a s t i n g S t e e l S t r iP Xu 及 o n g b o aY n hC a o h o n g 及 o u 彻 n g 艺h a n g 肠 n g iX 刀 h u a 勘 u 乃 iy u a n 肠 n g 瀚nj u n M e atl l u r’ty S h o o l , U S T B irj i n g , B e ij i n g 10 0 0 8 3 , C hi na A B S T R A C T hT e m e ta ll u rg i e a l b o n d i n g o f m o ht e r s h e e t a n d g ro w ht l a y e r i n ivn e rs i o n e as it n g w as i n v e s it g a te d i n l a bo ra to ry . hT e e fe e t fac to rs o f bo n d i n g w e re an al y z e d . hT e e o n e l u s i o n s a re : m o ht e r s he e t e an s ta b l y bo n d w iht g ro w t h l a y e r ; bo nd i n g e o n d iit o n i s hte s u r fa e e o f m o hte r s h e e t m e lte d ; s u pe ht e a t o f m e l t e fe c t o n m e tal l u rg i c a l bo nd i n g o f m o ht e r s h e e t a n d g ro w ht lay e r . K E Y W O R D S c o n it n u e s c as it n g ; i n v e rs i o n c as it n g ; g ro w t h l ay e r ; bo n d i n g