白亮帶

關(guān)于白亮帶的形成，多數(shù)人認(rèn)為是由于攪拌引起紊流將凝固前沿生長(zhǎng)樹枝晶間富集溶質(zhì)的液體趕出所致。也有人提出，白亮帶是在攪拌開始和結(jié)束時(shí)鑄坯結(jié)晶生長(zhǎng)速度變化的結(jié)果。鑄坯進(jìn)入攪拌區(qū)時(shí)其液芯部熱量釋放加快，凝固前沿溫度上升而使凝固速率突減，通過(guò)攪拌區(qū)后鋼液流動(dòng)速度減小，熱量傳遞回復(fù)正常，前后凝固速率變化造成結(jié)晶溶質(zhì)偏差而形成白亮帶。為了減弱白亮帶可以采用減弱攪拌強(qiáng)度及延長(zhǎng)攪拌時(shí)間的措施，但實(shí)際上由于澆注工藝是既定的，攪拌器的尺寸也是固定的，無(wú)法延長(zhǎng)攪拌時(shí)間。只能增加攪拌器數(shù)量，而這將增加生產(chǎn)成本。

正在凝固的連鑄鋼坯進(jìn)入電磁攪拌線圈后,鋼坯心部未凝固的鋼水因攪拌而產(chǎn)生流動(dòng),使原來(lái)富集溶質(zhì)的枝晶間鋼水的溶質(zhì)含量降低,這樣一來(lái),枝晶間的鋼水凝固后所得到的固體的溶質(zhì)濃度也降低,從而形成了宏觀的負(fù)偏析,即白亮帶。因此白亮帶的起始位置(外邊界)位于進(jìn)入攪拌線圈時(shí)鋼坯的凝固前沿。由于枝晶盤根錯(cuò)節(jié),枝晶間鋼水的溶質(zhì)濃度雖然下降了,但仍高于鋼液母體的溶質(zhì)濃度。因電磁攪拌造成鋼水流動(dòng),經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的攪拌后凝固方向上的溫度梯度變小,即枝晶間未凝固鋼水的溫度與凝固前沿處鋼水溫度接近。此時(shí),凝固前沿處鋼水的溶質(zhì)濃度與鋼液母體的溶質(zhì)濃度一致,即凝固前沿處鋼水的溶質(zhì)濃度低于枝晶間鋼水的溶質(zhì)濃度。這使凝固前沿處的鋼水比枝晶間鋼水具有更大的過(guò)冷度,因此凝固前沿處的鋼水先結(jié)晶,枝晶間的鋼水后結(jié)晶。具體過(guò)程是: 凝固前沿處的鋼水在一次枝晶的頂部凝固,并沿著凝固前沿形成一個(gè)薄殼,同時(shí)向枝晶間的鋼水和鋼坯心部排出熱量和溶質(zhì)。隨后,枝晶間的鋼水凝固。由于薄殼的存在,枝晶間的鋼水凝固時(shí)既不能排出溶質(zhì),也不能從別處得到鋼水來(lái)補(bǔ)縮,從而在白亮帶結(jié)束處(白亮帶的內(nèi)邊界上)形成正偏析和疏松。也就是在上述過(guò)程中形成了先發(fā)生負(fù)偏析緊接著發(fā)生正偏析的白亮帶。

同樣是枝晶間的鋼水,在薄殼形成之前的結(jié)晶發(fā)生宏觀負(fù)偏析,而在薄殼形成之后的結(jié)晶卻發(fā)生宏觀正偏析。這是因?yàn)樵诒ば纬芍?枝晶間的鋼水可以排出溶質(zhì)結(jié)晶; 凝固時(shí)產(chǎn)生的體積收縮還可從凝固前沿吸入溶質(zhì)含量較少的鋼水,所以凝固后溶質(zhì)含量低; 薄殼形成之后,枝晶間的鋼水既不能排出溶質(zhì)結(jié)晶,也無(wú)法從凝固前沿吸入溶質(zhì)含量低的鋼水,加上薄殼形成時(shí)還向枝晶間的鋼水排出一些溶質(zhì),所以凝固后溶質(zhì)含量高,造成正偏析 。

在電磁攪拌區(qū)中,正在凝固的連鑄鋼坯,在凝固前沿形成一個(gè)薄殼,結(jié)果形成先有負(fù)偏析,緊隨其后發(fā)生正偏析的白亮帶,并在白亮帶結(jié)束處產(chǎn)生疏松 。2100433B

在不同位置施加電磁攪拌，白亮帶表現(xiàn)不同，采用結(jié)晶器電磁攪拌(M—EMS)一般看不出白亮帶，二冷區(qū)電磁攪拌(s—EMS)白亮帶明顯，凝固末端電磁攪拌(F—EMS)白亮帶不明顯。它的亮度隨攪拌強(qiáng)度的增加和澆注溫度的提高而增大，在熱加工后仍然存在，有時(shí)會(huì)帶來(lái)對(duì)機(jī)械性能的不良影響，因此成為生產(chǎn)廠與使用單位間的一個(gè)問題。中國(guó)連鑄坯質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)白亮帶還沒有確切的規(guī)定。

目前,在連鑄過(guò)程中廣泛采用電磁攪拌來(lái)改善連鑄鋼坯的中心疏松和中心偏析等缺陷,并取得了良好的效果。但電磁攪拌后經(jīng)常在連鑄鋼坯上產(chǎn)生白亮帶。該白亮帶位于連鑄鋼坯的橫斷面上,經(jīng)酸浸后呈現(xiàn)出一個(gè)顏色較淺的亮框。在白亮帶區(qū)域,平衡分配系數(shù)小于1的溶質(zhì)(碳、硫等)含量較低,即發(fā)生了這些溶質(zhì)的負(fù)偏析。由于碳含量低,使白亮帶區(qū)域比較耐腐蝕,因此酸浸后它的顏色較淺,從而呈現(xiàn)為白色亮帶。負(fù)偏析的程度隨電磁攪拌強(qiáng)度的提高而增大。白亮帶的外邊界對(duì)應(yīng)于鋼坯進(jìn)入攪拌區(qū)時(shí)的凝固前沿; 而它的內(nèi)邊界不一定對(duì)應(yīng)于鋼坯離開攪拌區(qū)時(shí)的凝固前沿。在白亮帶的內(nèi)邊界(白亮帶結(jié)束處)處,平衡分配系數(shù)小于1的溶質(zhì)含量較高,即發(fā)生這些溶質(zhì)的正偏析,其偏析程度較負(fù)偏析弱。鋼坯經(jīng)熱加工后白亮帶仍不能被消除,因此用戶常認(rèn)為它可能對(duì)性能不利。

要消除或減弱連鑄鋼坯的白亮帶,首先應(yīng)弄清它的形成原因,于是白亮帶的形成原因已成為許多學(xué)者的研究?jī)?nèi)容。最早的解釋是“沖洗溶質(zhì)”機(jī)制，即電磁攪拌引起鋼水流動(dòng)使枝晶間富集溶質(zhì)(其平衡分配系數(shù)小于1)的未凝固鋼水的溶質(zhì)含量下降(趨于與溶質(zhì)含量較低的母液相一致) , 此后該處凝固形成的固體的溶質(zhì)含量也降低,從而形成白亮帶。但該機(jī)制無(wú)法解釋白亮帶沿凝固方向發(fā)生負(fù)偏析后緊接著又在白亮帶結(jié)束處發(fā)生正偏析的現(xiàn)象。于是Ko r認(rèn)為連鑄鋼坯白亮帶的形成原因是:鋼坯進(jìn)入和離開電磁攪拌區(qū)時(shí)鋼坯凝固速度的突然變慢和變快使凝固前沿鋼水中的溶質(zhì)分布曲線形狀發(fā)生改變,從而形成了先發(fā)生負(fù)偏析,然后發(fā)生正偏析的白亮帶。但該機(jī)制將鋼坯凝固前沿近似視為一個(gè)平面,這似乎有些牽強(qiáng),因?yàn)檫B鑄鋼坯在進(jìn)入電磁攪拌線圈時(shí)是以柱狀晶形態(tài)凝固的 。

本機(jī)制解釋了連鑄鋼坯白亮帶的各種特征,同時(shí)產(chǎn)生了一個(gè)推論: 先有負(fù)偏析,緊隨其后發(fā)生正偏析的白亮帶,在白亮帶結(jié)束處應(yīng)該有疏松現(xiàn)象。

連鑄鋼坯的白亮帶上確有疏松現(xiàn)象。連鑄鋼坯取自大冶鋼廠,其連鑄時(shí)電磁攪拌制度為: 正轉(zhuǎn)→?！崔D(zhuǎn)。顯示由多條白亮細(xì)帶組成的方框形白亮區(qū),區(qū)內(nèi)的黑點(diǎn)即為疏松 。

高應(yīng)變率下金屬的形變逐漸不均勻，破壞的典型形式是形成絕熱剪切帶ASB，剪切帶的形成伴隨局部區(qū)域出現(xiàn)高度取向擇優(yōu)，通過(guò)連續(xù)式動(dòng)態(tài)再結(jié)晶方式或因絕熱升溫再激冷發(fā)生相變形成白亮帶，并繼而誘發(fā)裂紋。新型高錳TRIP鋼具有優(yōu)異的強(qiáng)塑積值，優(yōu)于TWIP鋼的高應(yīng)變量下的加工硬化能力，適合于汽車高速抗沖擊結(jié)構(gòu)件的應(yīng)用。本申請(qǐng)計(jì)劃從晶體學(xué)的角度、研究高速變形條件下相變誘發(fā)塑性（TRIP）過(guò)程在絕熱剪切帶形成中的作用及可能出現(xiàn)的多次增韌性。具體講就是研究：高速下均勻變形時(shí)的TRIP行為，由TRIP組織過(guò)渡到ASB、再?gòu)腁SB內(nèi)組織演變直至斷裂的演變規(guī)律；同時(shí)考察合金成分、初始組織、形變方式對(duì)TRIP機(jī)制下的ASB形成的影響；在理論上揭示高應(yīng)變率下相變誘發(fā)塑性在絕熱剪切帶形成中的機(jī)理，在應(yīng)用上優(yōu)化出工藝參數(shù)及成分，為新型高錳TRIP鋼在汽車上的應(yīng)用及控制技術(shù)提供依據(jù)。