20CrMnTi连铸瞬态与平均冷速条件下凝固原位观察

摘要：

宽淬透性带和大尺寸TiN析出物严重危害20CrMnTi齿轮钢的产品质量,其控制的关键基础是掌握连铸过程中凝固组织演变行为机理.传统高温激光共聚焦扫描显微镜(HT-CSLM)原位观察研究通常将糊状区冷却速率设定为固定值,这不能有效反映连铸凝固过程中冷却速率的变化.为此,以国内某钢厂20CrMnTi 160 mm× 160 mm小方坯为研究对象,首先通过二维切片凝固传热计算,确定内弧表面下方20、40、60 mm位置处糊状区的热历程、瞬态与平均冷却速率,进而设计HT-CSLM试验升温与降温方案.然后,开展这些位置处糊状区瞬态与平均冷却速率条件下HT-CSLM试验,研究揭示不同冷却条件下20CrMnTi的凝固过程、δ晶粒生长动力学和包晶相变机制.最后,通过电子探针分析(EPMA),考察冷却条件对凝固组织尺寸的影响规律.结果表明,由于凝固潜热的补偿,内弧皮下20、40、60 mm位置处初始凝固阶段冷却速率较小,凝固中后期逐渐增大,且越深入方坯内部越显著.这些位置处的平均冷却速率分别为102.81、44.63和34.93℃/min.δ晶粒率先从钢液中析出,其平均生长速率随着冷却速率的提升而增大.在瞬态冷却速率条件下,随着凝固的进行,瞬时生长速率呈增大的趋势,但是在平均冷却速率条件下瞬时生长速率则略微降低.这是因为在瞬态冷却速率条件下,糊状区冷却速率由慢至快,不断补偿了凝固潜热,同时初始形核数量少,生长空间大,溶质过冷度的影响相对较弱.当熔体温度降低至包晶相变临界温度时,δ晶粒快速转变为γ晶粒,即发生块状转变,导致固相率迅速增加,且伴随有部分γ晶粒快速聚合.整体上讲,包晶相变临界温度随着冷却速率的增大而降低,但是也受溶质初始含量的影响.此后,剩余液相向γ相转变,直至完全凝固.晶粒半径随着冷却速率的提升而减小,且在平均冷却速率条件下比瞬态冷却速率条件更小,这取决于初始凝固阶段的形核数量.

关键词：齿轮钢、连铸冷却速率、凝固原位观察、凝固动力学、晶粒尺寸

所属期刊栏目：57

分类号：TG156.31;TF762.1;TD421.61

资助基金：国家自然科学基金;国家自然科学基金;国家自然科学基金;中央高校基本科研业务专项资金资助项目;中央高校基本科研业务专项资金资助项目;国家级大学生创新创业训练计划项目

在线出版日期：2022-08-09（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共13页

页码：73-85