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含鈮鋼裂紋產(chǎn)生原因

時(shí)間:2019-06-13    作者:無錫不銹鋼板    瀏覽:0

隨著用戶對產(chǎn)品質(zhì)量要求的不斷提高,鋼鐵市場競爭日益激烈,鋼鐵企業(yè)積極尋求低成本、高效率的發(fā)展模式,微合金技術(shù)在鋼鐵生產(chǎn)中的應(yīng)用范圍不斷拓寬,且微合金的用量也日益增加。

  鈮、釩、鈦?zhàn)鳛槲⒑辖鸹?,在軋制過程中,采用控冷、控軋工藝,析出碳、氮化物,對鋼種具有細(xì)晶強(qiáng)化、相變強(qiáng)化和沉淀強(qiáng)化的作用,可大幅提高鋼材性能。含鈮微合金化中厚板產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于造船、橋梁、建筑和容器制造等行業(yè),近年來成為國內(nèi)鋼鐵企業(yè)的主打產(chǎn)品。但是在連鑄澆注含鈮鋼時(shí),鑄坯橫裂紋的發(fā)生率明顯高于其他鋼種,因此如何減少鑄坯裂紋成為含鈮鋼生產(chǎn)的研究方向。

  含鈮鋼的成分特點(diǎn)。含鈮鋼鑄坯橫裂紋的發(fā)生率明顯高于普碳鋼鑄坯。與普碳鋼相比,其化學(xué)成分除了碳在包晶反應(yīng)區(qū)外,還含有鈮、鎳等裂紋敏感性元素。包晶鋼凝固正好處于包晶區(qū),在鋼的固相線溫度以下20℃~50℃時(shí),鋼的線收縮最大。伴隨較大的體積收縮,坯殼與銅板脫離形成氣隙,導(dǎo)致熱流最小,此時(shí)坯殼最薄,在表面形成凹陷。凹陷部位的冷卻和凝固速度比其他部位慢,且組織粗化,對裂紋敏感性強(qiáng)。在熱應(yīng)力、鋼水靜壓力和其他應(yīng)力的作用下,凹陷薄弱處應(yīng)力集中從而產(chǎn)生裂紋。坯殼表面凹陷越深,坯殼厚度的不均勻程度就越嚴(yán)重,裂紋出現(xiàn)的幾率就越大。因此,包晶鋼連鑄坯特別容易產(chǎn)生裂紋的原因除了與鋼液凝固包晶反應(yīng)時(shí)坯殼線收縮有關(guān)外,還與含碳量在包晶反應(yīng)點(diǎn)附近時(shí)鑄態(tài)奧氏體晶粒粗大、柱狀晶粗大,導(dǎo)致在柱狀晶處坯殼容易形成凹陷有關(guān)。由于細(xì)微碳(氮)化物在奧氏體晶界析出,在緩慢變形的情況下會使晶界處的結(jié)合力減弱,加之鋼水中鈮、鎳、鋁等元素的存在,會使鑄坯的脆性提高,加快了裂紋的產(chǎn)生。

  含鈮鋼鑄坯的高溫延展性。含鈮鋼中含有鈮、鎳、鋁等元素,其高溫脆化區(qū)溫度比普碳鋼高。鈮、釩、鈦等微合金元素中,鈮對鋼的延塑性影響最大,其次是鋁和鈦。對含鈮鋼來說,隨著鈮含量的增加,特別在800℃~900℃時(shí)其延展性明顯減弱。對鑄坯來說,鋼中[N]含量較高時(shí),易產(chǎn)生氮化物并沿晶界析出使晶界脆化,使鑄坯產(chǎn)生橫裂紋,并且隨著鋼中[N]含量的增加,含鈮鋼的延展性變差。實(shí)際操作也證明,由于浸入式水口吸氣,敞開澆注和保護(hù)澆注差的爐次鑄坯的裂紋率高。在含鈮鋼中,低氮化或加入固定氮的微量鈦可抑制鈮(C,N)的析出,明顯增強(qiáng)了含鈮鋼在900℃以下時(shí)的延塑性。大量研究表明,含鈮鋼加入微量的鈦可以減少鑄坯裂紋的產(chǎn)生,因?yàn)殇撝屑尤脞伜?,鋼在冷卻變形時(shí),首先析出TiN顆粒,這樣一來,就為鈮(C,N)提供了一個(gè)優(yōu)先形成核的位置,減少了Nb(C,N)的析出量;同時(shí),由于含鈮鋼的塑性下降溫度為950℃,而鈮鈦鋼塑性下降溫度為830℃,這一方法可以改善含鈮鋼的熱塑性,使鋼種的裂紋敏感性下降。