第6期 孙彦辉等：中碳钢高温力学和冶金行为 ·713。 量N%较高可达0.06以上，根据A」与[N的平 细小AN析出造成连铸坯的塑性损失. 衡关系式g[A1%[N%=-6770/T+1.037, (3)在凝固温度附近，Q235B裂纹敏感性高：在 AN的平衡析出温度为1094℃.在本实验中当温 低温脆性区Q345B裂纹敏感性高于其他两钢号. 度低于1100℃时试样的塑性并没有明显下降.这 (4在顶弯、矫直时板坯温度应该控制在 是因为通常情况下AN在奥氏体中沉淀析出是相 850℃以上，避开低温脆性温区，避免或减少裂纹的 当缓慢的10，且本实验连续冷却至800℃保温，在 发生率。 800C以上时AN没有足够的时间析出，即使有少 量的AN析出，也会由于动态再结晶而不会造成显 参考文献 著的塑性降低.当800℃等温变形时，AN析出速 率快（许多对AIN析出动力学的研究得出，AN析 I]Yun W X,Dong H X,Yuan G L.Study on mechanical perfor 出最快的温度均在800℃左右13)，且AIN析出 mance of medium-carbon steel at high temperature and its applica tion in continuous casting.Steelmaking,1999,15(1):28 受到形变诱导，所以将有大量AN粒子析出.由于 (袁伟霞，董汉雄.袁桂莲.中碳钢高温力学性能研究及在连铸 凝固结构中奥氏体晶界一般为最后凝固的富溶质 生产中的应用.炼钢，1999.15(1)：28) 区，因此AN将优先在晶界析出. [2 Wang X J.CaiK K.Dang Z J.ct al.Study on mechanical per (Y十α)两相区产生脆化的原因在于沿Y晶界铁 formance of med um-carbon steel at high temperatue.JUniv Sci Technd Beijing,1992,14(1):28 素体α相析出（图8(ab).在这一温度区域，a相强 (王学杰，蔡开科，党紫九，等.中碳钢的高温力学行为.北京科 度大约只是Y相的1/4，在应力作用下变形将主要 技大学学报，1992,14(1)：28) 集中在沿Y晶界分布的α相中.当应力超过晶界α [3 Cai KK.Casting and Solidification.Beijing:Metallurgical In- 相所能承受的强度时，在α相中便会生成空洞，空洞 dustry Press,1987 聚合长大最后发展成裂纹.尤其当晶界处存在夹杂 (蔡开科.浇注与凝固.北京：治金工业出版社，1987) [4 Suzukl M.Suzukl M.Chonghee Yu,et al In-situ measu mement 物或Nb、A1和V等的析出物时，使得晶界上的粒子 of fracture strength of solidifying steel shells to predict upper limit 处应力、应变进一步集中，导致沿晶脆性断裂.该区 of casting speed in continuus caster with oscilating mold.IS 域钢的脆化与Y晶界析出的α相形态、尺寸有关，α 1n1,1997.37(4):375 相呈细薄网膜状时（图8(a),脆化最为严重1， [5 Konishi J.Militzer M.Brimacombe JK,ct al.Modeling the for 以上分析表明，低温脆性区钢的脆化的两个主 mation of longitudinal facial cracks during continuous casting of 要原因是晶界沉淀相AN和奥氏体晶界网状铁素 hypoperitectic steel.Metall Mater Trans B.2002.33:413 [6 Suzuki H.Nishimura S.Imamuma J.et al.Hot ductility in steels 体的析出. in the temperature range betw een 900C and 600 C:Related to 铸坯在700~900℃脆化是连铸坯产生表面裂 the transverse facial cnacks in the cont inuously cast slabs.Tetsu- 纹（尤其是横裂纹）的根本原因.因此，为避免横裂 1o-Hagane.,1981,67(8):1180 纹萌生，在生产上应采取如下措施：()铸坯弯曲、 [7]Irvine K J.Pickering F B.Gladman T.Grair refined C-Mn 矫直要避开低塑性的温度区域：(2)合适的二冷强 steels.J Iron Steel Inst,1967.205(2):161 度，使铸坯纵向和横向温度均匀：(3)控制钢中的 [8 GladmanT,Pickering F B.Grairrcoarsening of austenite.J fron Steel1nd,1967,205(6:653 [A,和N]含量. [9 Gladmnan T.Mclvor I D.Pickering F B.Effect of carbide and ni- tride part icles on the recrystallization of ferrite.J Iron Steel Inst, 3结论 1971,2094):380 (1)在1×103s应变速率下，SS400、Q235B [10 Gladman T.Grain refinement in multiple micmalloyed steels 和Q345B钢存在两个脆性温度区，即凝固脆性区 HS LA Steels:Prodssing,Properties and App lications.Pern- sylvania The Minerak,Metals and Materials Society(TMS). Tm~1310℃和低温脆性区850~725℃；在1350~ 1992 825℃及700℃以下温度区间试样呈现出良好的塑 11]Michel J P,Jonas JJ.Precipitation kinetics and solute strength- 性，断面收缩率在60%以上：试样温度降低至900℃ ening in high temperature austenites containing Al and N.Acta (SS400为850℃后，随着温度的降低，试样的Ψ Maal,198L,29:513 值迅速下降，在800○时Y值最低 12]Liu Y C.Study on Control and Effect of Nitrogen and Alu- m inum in TSCR Dissertation.Beijing:Uriversity of Science (2)产生凝固脆性区的原因主要是高温下枝晶 and Tech mlogy Beijing.2007 间富集溶质液相而导致的枝晶间脆性.产生低温脆 (刘阳春.薄板坯连铸连轧流程氮、铝的控制及作用研究学位 性区的原因主要是奥氏体晶界出现铁素体薄膜以及 论.北京：北京科技大学，2007)量[ N %] 较高可达 0.06 以上, 根据[ Al] 与[ N] 的平 衡关系式 lg [ Al%] [ N %] =-6 770/ T +1.03 [ 7] , AlN 的平衡析出温度为 1 094 ℃.在本实验中当温 度低于 1 100 ℃时试样的塑性并没有明显下降.这 是因为通常情况下 AlN 在奥氏体中沉淀析出是相 当缓慢的[ 8-10] , 且本实验连续冷却至 800 ℃保温, 在 800 ℃以上时 AlN 没有足够的时间析出, 即使有少 量的 AlN 析出, 也会由于动态再结晶而不会造成显 著的塑性降低.当 800 ℃等温变形时, AlN 析出速 率快( 许多对 AlN 析出动力学的研究得出, AlN 析 出最快的温度均在 800 ℃左右 [ 11-12] ) , 且 AlN 析出 受到形变诱导, 所以将有大量 AlN 粒子析出 .由于 凝固结构中奥氏体晶界一般为最后凝固的富溶质 区, 因此 AlN 将优先在晶界析出. (γ+α) 两相区产生脆化的原因在于沿 γ晶界铁 素体α相析出( 图8( a, b) ) .在这一温度区域,α相强 度大约只是 γ相的 1/4, 在应力作用下变形将主要 集中在沿 γ晶界分布的 α相中.当应力超过晶界 α 相所能承受的强度时, 在 α相中便会生成空洞, 空洞 聚合长大最后发展成裂纹 .尤其当晶界处存在夹杂 物或 Nb 、Al 和 V 等的析出物时, 使得晶界上的粒子 处应力 、应变进一步集中, 导致沿晶脆性断裂 .该区 域钢的脆化与 γ晶界析出的 α相形态 、尺寸有关, α 相呈细薄网膜状时( 图 8( a) ) , 脆化最为严重 [ 4] . 以上分析表明, 低温脆性区钢的脆化的两个主 要原因是晶界沉淀相 AlN 和奥氏体晶界网状铁素 体的析出 . 铸坯在 700 ～ 900 ℃脆化是连铸坯产生表面裂 纹( 尤其是横裂纹) 的根本原因.因此, 为避免横裂 纹萌生, 在生产上应采取如下措施:( 1) 铸坯弯曲 、 矫直要避开低塑性的温度区域 ;( 2) 合适的二冷强 度, 使铸坯纵向和横向温度均匀;( 3) 控制钢中的 [ Al] s 和[ N] 含量. 3 结论 ( 1) 在 1 ×10 -3 s -1应变速率下, SS400 、Q235B 和 Q345B 钢存在两个脆性温度区, 即凝固脆性区 T m ～ 1 310 ℃和低温脆性区 850 ～ 725 ℃;在1 350 ～ 825 ℃及 700 ℃以下温度区间试样呈现出良好的塑 性, 断面收缩率在60 %以上;试样温度降低至 900 ℃ (SS400 为 850 ℃) 后, 随着温度的降低, 试样的 Χ 值迅速下降, 在 800 ℃时 Χ值最低 . ( 2) 产生凝固脆性区的原因主要是高温下枝晶 间富集溶质液相而导致的枝晶间脆性 .产生低温脆 性区的原因主要是奥氏体晶界出现铁素体薄膜以及 细小AlN 析出造成连铸坯的塑性损失 . ( 3) 在凝固温度附近, Q235B 裂纹敏感性高 ;在 低温脆性区 Q345B 裂纹敏感性高于其他两钢号. ( 4) 在顶 弯、矫直时 板坯温 度应该 控制在 850 ℃以上, 避开低温脆性温区, 避免或减少裂纹的 发生率 . 参 考 文 献 [ 1] Yuan W X, Dong H X, Yuan G L .Study on mechanical perf or￾mance of medium-carbon steel at high t emperature and its applica￾tion in continuous casting .S teelmaking, 1999, 15( 1) :28 ( 袁伟霞, 董汉雄, 袁桂莲.中碳钢高温力学性能研究及在连铸 生产中的应用.炼钢, 1999, 15( 1) :28) [ 2] Wang X J, Cai K K, Dang Z J, et al.Study on mechanical per￾formance of medium-carbon st eel at high temperature .J Un iv Sci Technol Beijing , 1992, 14( 1) :28 ( 王学杰, 蔡开科, 党紫九, 等.中碳钢的高温力学行为.北京科 技大学学报, 1992, 14(1) :28) [ 3] Cai K K .Casting and Solidification.Beijing :Metallurgical In￾dustry Press, 1987 ( 蔡开科.浇注与凝固.北京:冶金工业出版社, 1987) [ 4] Suzukl M , Suzukl M, Chonghee Yu, et al.In-situ measu rement of fracture strength of solidif ying steel shells t o predict upper limit of casting speed in continuous caster w ith oscillating mold.IS IJ In t, 1997, 37( 4) :375 [ 5] Konishi J, Militzer M, Brimacombe J K, et al.Modeling the f or￾mation of longitudinal f acial cracks during continuous casting of hypoperit ectic steel.Metall Mater Trans B , 2002, 33:413 [ 6] Suzuki H, Nishimura S , Imamu ra J, et al.Hot ductility in steels in the temperature range betw een 900 ℃ and 600 ℃:Related t o the transverse f acial cracks in the continuously cast slabs.Tetsu￾to-Hagane, 1981, 67( 8) :1180 [ 7] Irvine K J, Pickering F B, Gladman T .Grain-refined C-M n steels.J Iron S teel Inst, 1967, 205( 2) :161 [ 8] Gladman T , Pickering F B .Grain-coarsening of austenite .J Iron S teel Inst , 1967, 205( 6) :653 [ 9] Gladman T, Mclvor I D, Pickering F B .Effect of carbide and ni￾tride particles on the recrystallization of ferrite.J Iron S teel Inst , 1971, 209( 4) :380 [ 10] Gladman T .Grain refinement in multiple microalloyed steels ∥ HS LA S teels:Processing , Properties an d App lications .Penn￾sylvania:The Minerals, Met als and Mat erials S ociety ( TMS ) , 1992 [ 11] Michel J P, Jonas J J.Precipitation kinetics and solut e strength￾ening in high t emperature austenites cont aining Al and N .Acta Metall, 1981, 29:513 [ 12] Liu Y C .S tudy on Control and E ff ect of Nitrogen and Alu￾m inu m in TSCR [ Dissert ation] .Beijing :Uni versit y of S cience and Tech nology Beijing, 2007 ( 刘阳春.薄板坯连铸连轧流程氮、铝的控制及作用研究[ 学位 论文] .北京:北京科技大学, 2007) 第 6 期 孙彦辉等:中碳钢高温力学和冶金行为 · 713 ·