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连铸坯横向开裂机理的探讨 徐庭栋 王 凯 钢铁研究总院 北京 100081 2009年6月29日 3. 中温脆性的非平衡晶界偏聚机制 图4和图5的实验证实： 结论：对于杂质有非平衡偏聚特征的合金体系，高温固溶处理后冷却至室温，然后在各个温度恒温时效相同的时间, 必存在一个时效温度，其临界时间最接近恒温时效时间，对应的溶质晶界偏聚浓度最高，晶界脆性也最大。 中温脆性的非平衡偏聚机理 ： 从热处理循环的角度看，高温拉伸实验也是经历了先在高温固溶处理（或铸造温度）冷却后，再在20至1000oC先至少保温10分钟再拉伸。因此也会有一温度，其临界时间最接近10分钟，在此温度晶界杂质浓度最高，脆性也最高。越远离此温度，杂质晶界浓度降低，脆性也降低。 实验证实： 结论：中温脆性不是材料热平衡下的本征脆性，是由于一些动力学因素引起的杂质非平衡晶界偏聚导致的，如冷却速率，在某些温度的恒温时间等。通过改变这些动力学因素，金属与合金的中温脆性会被消除。 这就为消除钢的连铸坯横向开了提供了新的思路。 4.非平衡晶界偏聚的临界冷却速率 对于一个合金体系，如果有杂质具有非平衡偏聚特征，对于此合金，必存在一个冷却速率，引起的杂质非平衡晶界偏聚浓度最高，晶界脆性也最高。此冷却速率称为临界冷却速率。 日本学者Emad EL－KASHIF等测量了钢中B的临界冷却速率，并以此提高了B的晶界浓度，降低了P的晶界浓度，从而提高了IF钢的强度和韧性。 推测： 钢的连铸坯的开裂，也可能是非平衡偏聚的临界冷却速率引起的。在二冷区的冷却速率越接近临界冷却速率，杂质晶界偏聚浓度越高，校直区的开裂将越严重。控制二冷区的冷却速率，使之远离临界冷却速率，可能是消除连铸坯横向开裂的有效手段。 谢谢各位专家！ 钢铁研究总院 CISRI Central Iron Steel Research Institute 连铸坯横向开裂机理的探讨 1。引言 一般认为，金属与合金中温脆性是钢连铸坯横向开裂的原因。中温脆性在金属与合金中普遍存在，并且其发生的原因已经研究了100多年，至今仍然不清楚。由于认识没有解决，生产中连铸坯横向开裂的消除和控制可能也难于根本解决。 连铸坯横向开裂机理的探讨 2. 金属与合金中温脆性的研究现状 2.1 中温脆性现象及其在金属中的普遍存在 图1，钢的中温脆性 中温脆性是指：金属材料从高温冷却后，然后在20至1100oC的温度恒温拉伸，在中间温度，大约在0.5到0.8熔点温度范围内，断面收缩率和延伸率降低的现象。研究表明中温脆性是晶界脆化引起的。 连铸坯横向开裂机理的探讨 1877年英国的兵工厂首先在铜合金中发现中温脆性现象，后来在铁基、镍基、钴基，铝合金，金属间化合物中都发现中温脆性。可以说中温脆性现象存在于一切韧性金属与合金中，是一种普遍的晶界脆化现象。 连铸坯横向开裂机理的探讨 由于中温脆性在金属中普遍存在，最初人们从金属的最普遍特性上寻找其发生的原因。1912年英国学者提出：在晶内强度和晶界强度相等的温度，发生中温脆性。1961年证实这一机理是不对的。自此以后，人们开始从某些合金的特殊性质寻找原因，如钢的晶界铁素体膜机理，晶界析出相机理等，都不能普遍地解决这一问题。 连铸坯横向开裂机理的探讨 今年，在我们的提议之下，“金属与合金的中温脆性发生机理的问题”经三次审查，被列入了我国科技部、教育部、中科院和自然科学基金委联合重点出版项目“10000个科学难题，物理学卷”一书中，由科学出版社于2009年6月出版。 连铸坯横向开裂机理的探讨 如前所述，中温脆性发生机理问题没能解决，它所引起的钢的连铸坯开裂问题自然也难于解决。 连铸坯横向开裂机理的探讨 非平衡偏聚的基本特征：临界时间现象—高温固溶处理后淬火，然后在较低温度恒温时效，存在一个时效时间，使晶界溶质浓度达到极大值。称此恒温时效时间为临界时间。 图2，晶界偏聚浓度随恒温时效的变化 连铸坯横向开裂机理的探讨 临界时间随时效温度的变化： 临界时间随时效温度的升高变短，随时效温度的降低而增长。 图3，临界时间随时效温度的变化 连铸坯横向开裂机理的探讨 图4，钢样在某一高温固溶处理后淬火至室温，然后在各个较低温度恒温时效，晶界非平衡偏聚浓度随恒温时间的变化。 连铸坯横向开裂机理的探讨 图5，高温固溶处理后淬火至室温，然后在各个温度都恒温时效相同的时间，晶界非平衡偏聚浓度随时效温度的变化。 连铸坯横