双相不锈钢凝固组织形成机制及演变规律研究

双相不锈钢铸坯容易出现裂纹是其生产过程中面临的重大问题，改善双相不锈钢连铸坯质量最有效途径是控制铁素体/奥氏体组织的形貌、尺寸和分布均匀性，这对于双相不锈钢生产具有十分重要的意义。本项目采用自主研发的连铸坯凝固过程枝晶生长实验装置，根据连铸生产实际，建立不同浇注温度、冷却条件和搅拌强度实验条件，系统研究双相不锈钢凝固过程中固液界面形貌和凝固组织的演化过程；凝固过程中溶质分布规律；凝固条件对铁素体和奥氏体组织的形貌、尺寸和分布均匀性的影响规律，从热力学和动力学角度阐述双相不锈钢中铁素体/奥氏体晶界迁移规律；研究不同凝固条件下铁素体与奥氏体取向关系的影响因素；探讨控制凝固组织的可能性及条件。通过控制凝固过程实现优化双相不锈钢凝固组织，同时可为改善和提高双相不锈钢铸坯组织与质量，优化其生产工艺提供新思路。

采用自主研发的连铸坯凝固过程枝晶生长实验装置和专业连铸模拟软件Calcosoft，物理模拟和数值模拟相结合，研究了不同连铸工艺参数下双相不锈钢凝固组织演变过程包括柱状晶到等轴晶转变、晶粒尺寸变化、两相形貌以及比例变化。随着浇注温度提高，等轴晶区比例和奥氏体含量降低，晶粒尺寸增加，合适的浇注温度会减轻凝固末端缩松程度；随着冷却强度增加，等轴晶区所占比例先增加，在超过一定冷却强度后，比例略有下降，凝固末端缩松程度有所减轻，奥氏体含量随冷却强度变化不明显；随着搅拌强度增加，等轴晶区所占比例明显增加，晶粒尺寸降低，凝固末端缩松程度也随着搅拌强度增加有所减轻，而奥氏体含量变化不明显。. 研究了不同浇注温度和搅拌强度下Cr、Mo和Ni元素溶质分布情况。外界条件变化，只会改变元素含量，而不会改变元素分布倾向。Cr元素易分布在铁素体中，Mo元素易分布在铁素体和奥氏体的晶界处，Ni元素易分布在奥氏体中。浇注温度高，容易造成Cr、Mo和Ni元素在凝固末端含量偏高，产生溶质偏析。搅拌会减轻Cr和Ni元素在凝固末端的偏析程度，但会增加Mo元素在凝固末端的含量，加重Mo元素偏析程度。.首先采用ZQS-2000型双试棒合金热裂-线收缩仪研究了不同冷却速率下S32205双相不锈钢的线收缩率和热裂倾向性。通过改变砂型来调节冷却速率，从6℃/s到1℃/s之间，这个冷却速率符合实际连铸坯的冷却速率。冷却速率对S32205双相不锈钢微观组织、线收缩率和热裂倾向性都有较大的影响。随着冷却速率逐渐降低，奥氏体形貌和尺寸要发生变化，从大片状变为尺寸较小的胞状组织，奥氏体所占比例增加。冷却速率从6℃/s下降到2℃/s，S32205双相不锈钢线收缩率基本不变，而当冷却速率变为1℃/s时，奥氏体含量增加，导致线收缩率变大。冷却速率从6℃/s降到2℃/s，试样表面不会出现裂纹，热裂倾向性较小，而当冷却速率进一步降低为1℃/s，奥氏体含量增加，试样表面出现裂纹，双相不锈钢热裂倾向性增加。