[D0I:10.13374/j.issn1001-053x.2005.05.039 第27卷第5期 北京科技大学学报 Vol.27 No.5 2005年10月 Journal of University of Science and Technology Beijing 0ct.2005 高碳钢连铸板坯高温力学性能 王新华”朱国森”于会香”王万军) 1)北京科技大学冶金与生态工程学院，北京1000832)首钢技术研究院，北京100041 摘要采用Gleeble--1500热模拟试验机测量了高碳钢连铸板坯的高温力学性能，得到了 第【、第Ⅲ脆性温度区的温度范围，结果表明：第I脆性温度区脆化的主要原因是晶界部位 的低熔点物质在高温下首先熔化，从而导致试样沿晶界开裂：第Ⅲ脆性温度区脆化的主要原 因是在奥氏体部位析出的网状铁素体导致试样沿晶界开裂：在奥氏体单相区，由于氮化铝的 析出导致钢种的塑性恶化. 关键词氨化铝：高温力学性能：高碳钢：连铸板坯 分类号T℉777.1 在连铸技术发展过程中，提高连铸坯质量、 表1试样的化学成分（质量分数） 生产优质无缺陷的铸坯一直是冶金工作者孜孜 Table 1 Chemical composition of the samples % 以求的目标，有统计表明：在铸坯的各类缺陷中， 钢种C Si Mn P S O N AL 裂纹所占的比例在50%以上？.而钢的高温力学 A0.420.240.660.0170.0100.00150.0028<0.005 B0.430.240.630.0150.0060.00140.00220.030 性能与裂纹形成有很大的联系，决定着高温下坯 壳所能承受的临界变形的大小， 1350℃ 20世纪70年代以来，许多学者系统地研究 了钢的高温力学性能及其影响因素.但是由于 3℃+s 实验温度10-'s1 当时冶金技术的限制，所生产的钢种洁净度较 2min ∧ 10℃s 差，主要表现为钢中的氧、硫和磷含量较高， 目前，我国主要钢铁企业都在生产含碳量在 0.4%左右的高碳结构钢板坯，这些钢种的洁净度 时间/min 较高（氧含量小于0.0015%、疏含量小于0.01%）. 图1拉伸实验温度控制示意图 但此类板坯主要的质量问题是内部裂纹和中心 Fig.1 Sketch map of temperature control during tensile tests 偏析.因此，为了降低裂纹的发生率，为高碳钢板 采用扫描电镜、金相显微镜对各温度条件下 坯制定合理的冷却制度，有必要对高碳钢的高温 试样的断口形貌及其组织进行分析，得到断裂发 力学性能进行研究. 生原因. 1研究方法 2测试结果 测试试样取自于连铸板坯(1200mm~1550 2.1抗拉强度的变化 mm×230mm),试样尺寸为10mm×110mm,试样 图2为不同实验温度下实验拉断时所承受载 的化学成分见表l.高温力学性能测试在Gleeble 荷的变化情况.可见，钢种A的零强度温度在 -1500热应力/应变模拟试验机上进行.测试采用 1400℃左右，此时钢能够承受的拉伸力为零.随 图1的加热制度，试样使用氩气保护.采用断面 着温度的下降，钢开始能承受微小的拉伸力，表 收缩率表征钢的塑性，抗拉强度表征钢的强度， 现出微弱的强度，1375℃时，钢种A能够承受的 收稿日期：20040825修回日期：200410-18 强度为4.4MPa.温度进一步降低，试样的抗拉强 作者简介：王新华(1951一)，男，教授，博士 度逐渐上升.在1375~1000℃之间，抗拉强度的第 2 7 卷 第 5 期 2 0 05 年 1 0 月 北 京 科 技 大 学 学 报 J o u rn a l o f Un vi e rs iyt o f S e ie n ec a n d eT e h . o lO yg B e ji ni g V匕l 一 2 7N 0 . 5 o tc 。 2 0 05 高碳钢连铸板坯 高温力学性能 王 新 华 ” 朱 国森 ” 于 会香 ` , 王 万 军 ” 1) 北京 科技 大学 冶金 与生态 工程 学院 , 北 京 10 0 0 83 2) 首 钢技 术研 究院 , 北京 10 0 4 摘 要 采用 lG e bl 卜巧 o 热模 拟试 验 机测量 了高碳 钢连 铸板 坯 的高温 力 学性 能 , 得 到 了 第 I 、 第 m 脆 性 温度 区 的温 度 范 围 . 结 果表 明 : 第 I 脆性 温度 区 脆 化 的主要 原 因是 晶界 部位 的低熔 点物 质在 高温 下 首先熔 化 , 从而 导致试 样 沿 晶界开裂 ; 第 m 脆 性温度 区脆 化 的主 要原 因是在 奥 氏体部 位析 出的 网状 铁素 体 导致试 样 沿晶界 开裂 ; 在奥 氏体 单相 区 , 由于氮 化铝 的 析 出导致钢 种 的塑性 恶 化 . 关键词 氮 化铝 ; 高温 力 学性 能 ; 高 碳钢 ; 连铸 板 坯 分 类号 吓 7 7 . 1 在 连铸 技 术 发展 过 程 中 , 提 高连铸 坯 质 量 、 生产优 质 无缺 陷 的铸 坯 一 直 是冶 金 工 作 者 孜孜 以求 的 目标 . 有统计 表 明 : 在 铸 坯 的各类 缺 陷中 , 裂纹 所 占 的 比例 在 5 0% 以上 `1 . 而 钢 的高 温 力学 性能 与裂纹 形成 有 很大 的联 系 , 决 定着 高温 下坯 壳所 能承 受 的临 界 变形 的大 小 . 20 世 纪 70 年代 以来 , 许 多学 者 系统 地研 究 了钢 的高温 力 学性 能及 其 影 响因素 【24] . 但 是 由于 当 时冶 金技 术 的限 制 , 所 生产 的钢 种 洁净 度 较 差 , 主要 表现 为钢 中 的氧 、 硫 和 磷含 量 较 高 . 目前 , 我 国主要 钢 铁 企业 都在 生产 含 碳量 在 .0 4% 左 右 的高碳 结构 钢 板坯 , 这 些钢 种 的洁净 度 较 高 ( 氧含 量 小 于 .0 0 01 5 % 、 硫 含 量 小于 .0 0 1% ) . 但 此类 板 坯 主 要 的质 量 问题 是 内部 裂 纹 和 中心 偏析 . 因此 , 为 了 降低 裂 纹的 发生 率 , 为高 碳钢 板 坯制 定合 理 的冷却 制度 , 有必 要对 高碳 钢 的 高温 力 学性 能进 行 研 究 . 表 1 试 样 的化学成 分 (质最 分数 ) 介b l e 1 C h e m i e a l e o m P o s ih o n o f ht e s a m P les 钢种 C 5 1 0 . 4 2 0 24 0 . 4 3 0 . 2 4 M n P S 0 . 6 6 0 . 0 1 7 0 . 0 10 0 . 6 3 0 . 0 1 5 0 0 0 6 0 . 0 0 1 5 0 . 0 0 1 4 0 . 00 2 8 0 . 00 2 2 < 0 . 00 5 0 0 3 0 AB 35 0 ℃ , ℃ ` S 乍篡含掀 尸、侧明 10 ℃ · s 一 , 时 间 /m l n 图 1 拉 伸实验 温度 控制 示惫 图 R .g 1 S ke t c h m a P o f et m p e r a tU 比 e o n t or l d u ir . g 妞 n s血 t韶 tS 采用 扫 描 电镜 、 金 相显 微 镜对 各温度 条件 下 试 样 的断 口 形貌 及其 组 织进 行分 析 , 得 到断裂 发 生 原 因 . 1 研 究方 法 测 试 试 样 取 自于 连 铸 板 坯 ( 1 2 0 ~ 1 5 50 m x 2 3 0 m ) , 试 样 尺 寸为中10 mtn x l l o m m , 试 样 的化 学 成分 见 表 1 . 高温 力 学 性 能测 试在 lG e bl e 一 15 0 热 应 力 /应变 模拟 试 验机 上 进 行 . 测试 采用 图 1 的加热 制 度 , 试 样 使用 氢 气保 护 . 采 用 断 面 收缩 率表 征 钢 的塑 性 , 抗 拉 强度 表 征钢 的强度 . 收稿日期 : 20 0车刁 8 es 2 5 修 回 日期 : 2 0 0今1-0 18 作者简介 : 王 新 华 ( 19 51 一) , 男 , 教授 , 博 士 2 测 试 结 果 .2 1 抗 拉 强度 的 变化 图2 为不 同 实验温 度下 实验 拉 断时所 承 受载 荷 的变 化 情 况 . 可 见 , 钢种 A 的零 强 度 温度 在 1 4 0 0 ℃ 左 右 , 此 时钢 能够 承受 的拉伸 力 为零 . 随 着温 度 的下 降 , 钢 开始 能承 受 微 小 的拉 伸力 , 表 现 出微 弱 的 强度 , 1 3 7 5 ℃ 时 , 钢 种 A 能 够承 受 的 强度 为 .4 4 M P a . 温度 进 一 步 降低 , 试 样 的抗 拉 强 度 逐渐 上升 . 在 1 3 75 一 1 0 0 ℃ 之 间 , 抗 拉 强度 的 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 2005. 05. 039