白亮帶原因分析

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，無法延長攪拌時(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),使原來富集溶質(zhì)的枝晶間鋼水的溶質(zhì)含量降低,這樣一來,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,在連鑄過程中廣泛采用電磁攪拌來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)者的研究內(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 。

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

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組織過渡到ASB、再從ASB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)。