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改善高温延塑性避免连铸坯裂纹缺陷
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1 前言 通常采用铸坯热装或直接轧制工艺，以节省能源、减少工序、降低成本。但其前提是铸坯无缺陷而不用清理。供轧厚板和管线钢板的低C和低合金钢铸坯在弯曲和矫直时表面易产生横向裂纹…
1 前言
通常采用铸坯热装或直接轧制工艺，以节省能源、减少工序、降低成本。但其前提是铸坯无缺陷而不用清理。供轧厚板和管线钢板的低C和低合金钢铸坯在弯曲和矫直时表面易产生横向裂纹，从而成为实施热装和直接轧制工艺的大障碍，故（业界）迫切希望能从根本上防止铸坯横裂的产生。
研究表明，铸坯表面横裂是在γ→α相变温度区间伴随低应变速率变形的高温脆化而产生的。薄膜状α相会伴随着γ→α相变而向其晶界析出，应变就集中于此α相中。在（铸坯）产生低应变速率变形时，NbC、AlN等（质点）的动态沉淀则因晶内硬化而加速了应变的集中，从而引发了沿γ晶界的无析出带或薄膜α相中的界面剥离，多个剥离空隙相连就构成了γ晶间的塑性断裂。
进一步的试验研究表明，只有将坯表温度快速地从高温区冷至γ→α相变点以下，并在极短时间内再加热至γ区域，即能抑制坯表组织中薄膜状α相的生成，从而防止坯表横裂。为了查明采用此法后铸坯表层的高温脆化行为，本研究采用冷坩埚式加热高温拉伸试验法—可以再现实际铸坯表层组织的方法，研究了铸造组织对高温延性的影响。
2 防止坯表横裂的温变过程
以含Nb低C低合金钢（0.07%C—1.50%Mn—Nb）作为对象，在连铸过程中铸坯弯曲时进行了以下两种条件的冷却：一种是模拟现有连铸生产的缓冷，即铸坯在大致20min内从1500K缓冷至900K；另一种是铸坯出结晶器后在约1min内从1500K快冷至1080K，再在约2min内快速升温至1300K，然后在约16min内从1300K慢冷至1050K。结果表明，铸坯的快冷方式使铸造二次组织发生了变化，并能防止铸坯横裂。
控制冷却（SSC cooling：Surface Structure Control cooling）之所以具有明显防止铸坯表面横裂的效果，是因提高了其高温延性的结果。为了查明铸态组织的高温延性，采用以下的拉伸试验进行了评价。
3 试验方法
拉伸试样的加热采用冷坩埚外围的高频线圈加热方式；而且，利用磁场浮力将试样的熔化部保持在悬浮状态；然后，通过其后的冷速而重现了实际连铸时的铸坯凝固过程。本法的特点是试样长度为一般拉伸的4倍（达37mm），可形成φ10.2mm的均匀熔融和凝固部位；且因其处于悬浮状态而消除了采用石英管产生的缩孔问题，还能准确评价其塑性。
试验采用Ar气保护以防试样的高温氧化；用感应线圈输出功率和He（氦）气强冷调节试样冷速。
钢试样的代表性成分（%）为C0.06、Si0.15、Mn1.5、P0.01、S0.001、Ni0.8、Cu0.3、Nb0.01、Ti0.02、Al0.03、N0.006。
为了调查温度及凝固过程对铸坯高温塑性的影响，试验采用了3种冷却条件即按预先设定的3种不同的冷却曲线冷却试样。
4 试验结果
从熔融试样凝固过程的温度变化、试样拉伸温度与其R.A.（断面收缩率）的关系可知：与缓慢冷却相比，在快速冷却条件下，即使在相同的温度区域，钢的塑性值也能大幅度提高，如在γ→α相变附近的脆化温度区域，其R.A.值也高达60%以上，即消除了脆化。
对拉伸断裂试样的断面组织观察表明，在缓冷条件下，其显微组织中的薄膜α相沿γ晶界生成，且沿着该膜状α晶界产生塑性断裂；而在SSC冷却条件下，却未发现沿晶界的膜状α相生成，断裂形态为穿晶塑性断裂。
5 铸坯高温塑性改善的机理研究
试验研究表明，塑性提高的原因，是通过抑制膜状α相向γ晶界的扩展可减少晶界脆化，或者细化快冷时的γ晶粒度也可提高塑性。连铸过程中的铸坯弯曲试验之所以能防止坯表横裂的产生，是由于控制了可抑制铸坯表层组织内薄膜状α的高倍结果。这样一来，即使在低应变速度变形时，也能确保高的R.A.，并消除组织脆化。
为了查明高倍组织的生成机理，采用TEM（透射电镜）对析出物进行对比观察的结果表明，在缓慢冷却而生成了薄膜状α相的组织中，析出物质点较少，在晶界中呈列状排列；在SSC即快速冷却中，α相的产生受到抑制，析出物质点较多且分散于晶内。根据分析结果，析出物为Ti、Nb的C、N化物；而且，在连铸坯弯曲试验时的坯表析出物观察中，尽管析出状况因生成组织的不同而各有差异，但析出形态相同。
根据以上结果推定的显微组织生成机理是在快速冷却条件下，当温度低于α相的析出温度时，很多α晶粒在晶界和晶内析出；在其后的回热中，α相一旦消失，虽然再度变成了γ单相，但从溶度积的角度考虑，一度析出的Ti、Nb的（C、N）化物也不会再固溶，并以其原来的分散状态残存下来。当α相再析出时，不仅晶界会变成α相析出的形核点，分散于晶内的（C、N）化物也会成为这样的形核点，从而可以抑制薄膜状α相沿晶界生成。
6 结 语
为了评价连铸坯发生横向裂纹的敏感性，制作了冷坩埚式熔融凝固拉伸试验装置，以改变试样熔融后凝固阶段的温度变化过程，再现连铸坯的铸态组织，从而查明了生成组织与铸坯高温塑性的关系并结论如下：
（1）通过控制凝固结速后的冷却速度，在可以抑制γ晶粒细化的同时，也能抑制薄膜状α相的生成。由于这种抑制了薄膜状α相组织的生成，即使在原来伴随有γ→α相变的脆化温度区域内，也能消除脆化而获得高达60%的R.A.值。
（2）因凝固后的快速冷却，钢中的碳氮化物（即C，N化Ti、Nb）在γ晶内弥散分布。由于快速冷却一直进行到γ/α两相温度区域，弥散的Ti（C，N）和Nb（C，N）质点具有析出形核点的作用，α晶粒在γ晶界和晶内析出，并能在再加热至γ单相区域的条件下残留下来；当α相再次析出时，这些细小质点再次成为形核点，从而抑制了膜状α相沿晶界析出。
（3）只要在连铸二冷区的设备和工艺上满足上述冷却曲线（SSC曲线）要求，就能提高铸坯高温塑性，抑制其表层横裂，为铸坯的热装和直接轧制创造条件。
