脉冲电流作用下铸坯中Nb(C,N)对γ→α相变的影响研究

Domestic and foreign scholars have done a lot in the continuous casting process of micro-alloy steel and focused on the influence of the M(C,N) to Hot Ductility of the micro-alloy steel slab. But so far, the research of the deep mechanism of the improvement of Hot Ductility of micro-alloy steel slab has still been limited. Applicant once studied the features of heat transfer of micro-alloy steel slab in the process of continuous casting, the precipitation behavior of the second phase and the evolution of microstructure. Based on this, applicant made hypothesis and did preliminary study aiming at this subject, proving that this subject is feasible. In this subject, electropulsing treatment is first applied in the solid-phase of micro-alloy steel slab. With the study on the influence of Nb(C,N) precipitation and γ→α phase transition from electropulse taken as foundation, the deep mechanism of the influence of Nb(C,N) on γ→α phase transition in the micro-alloy steel are explored, using the quantitative research methods to study the influence to the nuclearation of α from Nb(C,N) of size, shape and distribution etc . The research findings of this subject has important significant for improving Hot Ductility of micro-alloy steel slab and reducing defect of slab. It and necessary scientific basis for no-defect production of micro-alloy steel slab, hot delivery of slab and refined microstructure, and promotes the research of the second phase behavior of micro-alloy steel and microstructural evolution in the process of continuous casting.

国内外冶金工作者对微合金钢的连铸过程进行了大量的工作，并将研究的焦点集中在M(C,N)对微合金钢铸坯高温延塑性的影响上。但截至目前，对改善微合金钢铸坯高温延塑性的深层机理研究仍然有限。申请人曾对连铸过程中微合金钢铸坯传热特点、第二相析出行为和铸坯微观组织演变进行了研究，在此基础上，针对本项目提出的假设进行了预实验研究，证明了本项目是可行的。本项目首次将脉冲电流处理技术应用于微合金钢铸坯的固相部分，以脉冲电流对Nb(C,N)析出行为和对奥氏体γ→铁素体α相变影响的研究为基础，采用定量的研究方法，从Nb(C,N)的尺寸、形态、分布等角度研究其对α相形核的影响，探索Nb(C,N)对γ→α相变影响的深层机理。项目研究成果对提高微合金钢铸坯高温延塑性、改善铸坯缺陷具有重要意义，可以为微合金钢铸坯无缺陷生产、铸坯热装及微观组织细化提供必要的科学依据，推动连铸过程微合金钢铸坯微观组织和第二相研究的发展。

钢铁材料作为一种传统的结构材料是人们日常生活使用最广泛的一种材料，而微合金钢是钢铁材料近年来在研究与生产领域最成功的钢种之一，拥有广阔的应用前景。然而随着微合金钢的产量的大幅提高，微合金钢连铸坯频繁出现的缺陷越来越被冶金工作者所关注，尤其是角部横裂纹和热送裂纹。而造成这两种缺陷频繁出现的主要原因就是沿奥氏体晶界析出的先共析铁素体网膜与在铁素体网膜内快速析出的微合金碳氮化物,项目探索采用电流脉冲处理技术来解决该问题。. 项目通过实验对脉冲电流大小、脉冲频率大小以及脉冲作用温度对含Nb、无Nb低碳钢中铁素体形核位置与分布的影响进行了研究，实验结果表明：脉冲电流对于含Nb低碳钢与无Nb低碳钢的铁素体形核率都有影响，但对含Nb低碳钢影响更显著。对于含Nb低碳钢，脉冲处理温度从950℃到750℃时，脉冲电流在10A~60A，脉冲频率在15kHz~30kHz，脉冲电流越大，脉冲频率越高，铁素体在奥氏体晶内析出量越大，分布越弥散，奥氏体晶界先共析铁素体膜越薄。物理化学相分析结果表明脉冲电流有利于碳氮化物的析出。. 项目通过建立热力学模型，进一步分析了脉冲电流强度、脉冲频率、脉冲开始温度等参数对Nb(C,N)析出以及γ→α相变的影响，得出脉冲电流处理对含Nb低碳钢γ→α相变有两个影响：其一是脉冲电流条件下Nb(C,N)的大量析出为α相的形核提供了大量形核点，其二是脉冲电流直接降低了α相的形核势垒，提高了α相的形核率。. 实验结果与理论分析表明，脉冲电流对含Nb低碳钢在连铸过程中的组织演变影响显著，有效的抑制了沿奥氏体晶界析出的先共析铁素体网膜，并且通过对Nb(C,N)析出行为的影响，进一步提高了含Nb低碳钢中的铁素体在奥氏体晶内的形核率。. 项目研究成果对于微合金钢铸坯的无缺陷生产、铸坯热装或直接轧制以及微观组织的细化具有重要意义。