D0I:10.13374/j.issn1001053x.2001.05.014 第23卷第5期 北京科技大学学报 VoL.23 No.5 2001年10月 Journal of University of Science and Technology Beijing 0ct.2001 半固态钢铁材料流变轧制的试验 宋仁伯康永林孙建林赵爱民毛卫民 北京科技大学材料科学与工程学院，北京100083 摘要利用自行设计的半固态钢铁材料直接轧制系统对弹簧钢(60Si2M)与奥氏体不锈钢 (1C18Ni9T)进行了半固态浆料直接轧制试验.结果表明：半固态浆料在轧制过程中，液固相会 产生分离，导致液固相偏析，影响轧制产品的组织及性能；只有当固相率达到一定数值时，固相 颗粒才会发生塑性变形；仅经过一道次轧制，但轧件的力学性能已相当高.同时发现，浆料与轧 辊温差等因素将导致轧件产生表面裂纹：若轧件宽向上没有约束，一定会产生边裂 关键词半固态：固相率；流变轧制；偏析；力学性能；裂纹 分类号TG335 将钢铁材料的非枝晶半固态浆料直接与连 续轧制技术相结合，形成钢铁材料的半固态连 续轧制技术，即流变轧制，是不同于目前以枝晶 凝固为基础的任何形式的轧钢技术，它是以非 枝晶凝固为基础的一种崭新的轧制技术.它的 优势是：(1)半固态钢铁浆料的初生晶粒细小， 凝固收缩小，成分均匀，不存在偏析，制品性能 更优异、更均匀；(2)钢铁半固态浆料的初生固 相接近球状，变形抗力显著降低，成形能耗更 低，成形设备可以进一步小型化；(3)钢铁半固 态浆料的温度较低，部分凝固潜热已经释放，对 成形设备的热作用减小，提高了设备的使用寿 图1半固态流变浆料制备和直接轧制示意图 命；(4)钢铁半固态浆料直接成形可以大大地缩 1一电磁搅拌绕组，2一浇口，3一钢液，4喜杆， 短钢铁产品的生产流程，节约大量因反复加热、 5一半固态浆料，6一懂拌坩埚，7一水冷空心轧辊 冷却所消耗的能源和时间：(5)钢铁半固态浆料 Fig.1 Schematic diagram ofsemi-solid steels preparation 直接成形的成材率得到明显提高 and rheorolling 1.2 为了实现钢铁的半固态直接连续轧制，本 试验材料及工艺 试验对钢铁材料的半固态浆料直接轧制工艺及 试验以弹簧钢(60Si2Mn)和奥氏体不锈钢 轧制产品的组织和性能进行了研究 (1Cr18Ni9T)作为研究对象，其化学成分见表1. 试验工艺路线为：弹簧钢(60Si2Mn)和不锈 1试验方案 表12种半固态钢的化学成分（质量分数） Table 1 The chemical compositions of semi-solid 60Si2Mn 1.1试验装置 and 1CrI8Ni9Ti 吨 试验装置为自行设计的高熔点材料半固态 钢种 Si M Cr 浆料制备与直接轧制成形系统.该系统将高熔 60Si2Mn 0.61 1.83 0.70 点材料半固态浆料制备、输送与直接轧制成形 1Cr18Ni9Ti 0.10 ≤0.10≤2.00 17.43 合为一体，如图1所示. 钢种 Ni Ti P 60Si2Mn ≤0.03 ≤0.035 收稿日期2001-02-26宋仁伯男，31岁，博士 1Cr18Ni9Ti10.63 0.59 ≤0.03≤0.035 ★国家自然科学基金资助项目0N0.59995440)第 2 3 卷 第 5期 2 0 1年 10 月 北 京 科 技 大 学 学 报 Jo u r o a l o f U n恤” ity fo sc 招 n ce a . d l 】七c h . o l哪罗 B jei 恤 g M】L2 3 N o . 5 O C t 2 0 1 半 固态钢铁材料流变轧制的试验 宋仁伯 康永林 孙建林 赵爱民 毛卫 民 北京科技大学材料科学与工程学院 , 北京 10 0 0 83 摘 要 利 用 自行设计 的半 固态 钢铁材料直接轧 制系统 对 弹簧钢 (6 05 论M n )与奥 氏体不 锈钢 ( I rC 1 8N ig T i) 进行 了半固态 浆料直接轧制 试验 . 结果 表明 : 半固态 浆料在 轧制过程 中 , 液 固相会 产生分 离 , 导致 液 固相偏析 , 影 响轧制 产品 的组 织及性能 ; 只有 当固相率达到一 定数值时 , 固相 颗粒才会发 生塑性 变形 ; 仅经 过一道 次轧制 , 但轧件 的力 学性能 已 相 当高 . 同时 发现 , 浆料 与轧 辊温 差等因素将导致轧件产生 表面裂 纹 ; 若轧件宽 向上没有 约束 , 一定 会产 生边裂 . 关健词 半固态 ; 固相率; 流 变轧制 ; 偏 析 ; 力学性 能 ; 裂纹 分 类号 T G 33 5 将钢铁 材料的非枝 晶半 固态浆料直接 与连 续 轧制技术相结合 , 形成钢铁 材料的半 固态连 续 轧制技术 , 即流变轧制 , 是不同于 目前 以枝 晶 凝 固为基础 的任何 形式 的轧钢技术 , 它是 以非 枝晶凝 固为基础 的一种崭新 的轧制 技术 . 它 的 优势是 : ( l) 半 固态钢铁浆 料的初生 晶粒 细小 , 凝 固收缩小 , 成分均匀 , 不存 在偏析 , 制 品性能 更优异 、 更均匀 ; ( 2 )钢铁 半固态浆料 的初生 固 相接近 球状 , 变形抗力显 著降低 , 成形能耗 更 低 , 成 形设备可 以进 一步小型 化 ; ( 3) 钢铁半 固 态浆料的温度较低 , 部分凝固潜 热已经释放 , 对 成形设备 的热作 用减小 , 提高 了设备 的使 用寿 命 ; ( 4) 钢铁半 固态浆料直接成形可 以大大地缩 短钢铁产品 的生产流程 , 节约大量因反复加热 、 冷却所消耗的能源和时间 ; ( 5) 钢铁半 固态浆料 直接成形 的成材率得到 明显提高 ” :.,l 为 了实现钢铁 的半 固态直接连续 轧制 , 本 试验对钢铁材 料的半 固态浆料直接轧制工艺及 轧制产 品的组 织和 性能进行 了研 究 . 触猫念泥 只 又 1 试验方案 L l 试验装 t 试验装置为 自行设 计的高熔点材料半固 态 浆料制备 与直接 轧制成形 系统 . 该 系统将 高熔 点材料半 固态浆料 制备 、 输送 与直接轧制成形 合为一体 , 如 图 1 所示 . 收稿 日期 2 0 1刁2一6 宋仁伯 男 , 31 岁 , 博 士 * 国家自然科学基金资 助项 目(N 0 . 5 9 95 4 0) 圈 1 半固态流 变桨 料制备 和直 接轧 制示意 圈 1一电磁搅 拌绕 组 , 2一浇 口 , 斗一 钢液 , 本- 密 杆 , 5 ~ es 半固态 桨料 , 6一搅拌增塌 , ,一水冷 空心 轧辊 F嗯 · 1 S c h e m a血 d is g , m o f se m i . so 加 ,概肠 P er p a ar it o n a n d r h eo or lil . g L Z 试验材料及工 艺 试验 以 弹簧钢 ( 6 05 论M l l ) 和奥 氏体不锈 钢 ( I C r 18N ig iT )作为研究对象 , 其化学成分见表 1 . 试验工艺路 线为 : 弹簧钢 ( 6 s0 iZ M n )和不 锈 裹 1 2 种 半 固态钢 的化 学成分 (质t 分 数) 几b l e 1 T b e c肚e m ic a l e o m P o s i t i o n s of se m i- so 如 60 5设 M n a n d I C r I SN 诊iT % 钢种 C 5 1 M n C r 6 0 5设M n 0 . 6 1 1 . 8 3 0 . 7 0 一 IC r l 8N i g iT 0 . 10 续 0 . 10 续 2 . 0 0 1 7 . 4 3 二吕吕吕哥 . 目吕吕目留吕吕吕公吕 钢种 N i iT S P 6 0 5论M n 一 I C r l 8N i g iT 10 . 6 3 续 0 . 0 3 簇 0 . 0 3 续 0 . 0 3 5 成 0 . 0 35 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 2001. 05. 014