低碳钢的高温力学性能

1、第25卷第1期2004年1月东北大学学报(自然科学版)JournalofNortheasternUniversity(NaturalScience)Vol125,No.1Jan.2004文章编号:100523026(2004)0120040204低碳钢的高温力学性能邸洪双,康向东,王国栋,刘相华(东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室,辽宁沈阳110004)摘要:利用Gleeble21500热模拟实验机,研究了实验用低碳钢的热塑性及强度,测定了该钢种的零塑性温度(ZDT)d及零强度温度(ZST)纹敏感性及断口组织结果表明,;1300至熔点,在11001300范围内,实验用低碳钢的高温脆性区

2、较小,具有较强的抗高温裂纹特性和1400d和关键词:双辊铸轧;薄带;低碳钢;中图分类号:TG333.72:A结晶器,14,双辊薄带连续铸轧技术极大地节省了能源,降低了金属消耗和设备投资费用,大幅度降低了生产成本,但是在产品质量方面尚有很多不足其主要原因之一是由于液体金属在结晶凝固的同时发生塑性变形,即在薄带内部还是液芯时就开始轧制变形此时如果凝固终点控制不当,也就是压下量分配不合理,就有可能使薄带因严重不均匀变形产生内部裂纹和表面裂纹,影响产品质量大量铸轧试验证实,固液两相区的变形对产品质量有关键性的作用;薄带变形过程中形成的内裂纹主要源于两相区57但是由于铸轧过程中变形区温度很高,且液固两相

3、区位于凝固壳的内部,很难在线测出液固两相区的实际变形情况所以,目前只能通过热模拟的方法研究所浇钢种的高温变形行为,充分认识实验钢在凝固冷却过程中凝固坯壳的高温力学性能的变化规律,以便在生产过程中合理地控制浇注温度、铸轧速度、冷却强度及辊缝预留量,进而达到控制凝固终点的位置,实现铸轧过程中轧制变形的合理控制,从根本上减少铸轧过程中出现裂纹810本文在Gleeble21500实验机上测定钢的高温力学性能,主要进行了实验钢的高温拉伸实验及零塑性温度(ZDT)零强度温度(ZST)d、s的测定,以试样的强度极限和拉断时的断面收缩率来衡量其高温力学性能,研究了实验钢的高温力学性能变化机理1实验材料及研究方

4、法实验所选钢种为低碳钢,其化学成分(质量分数,%)为:C0117,Mn0136,Si0109,P01013,S01013,Al01025,Cr0102,Mo0101,Ni0103试样采用标准热拉伸圆柱状试样,直径10mm,长度120mm在Gleeble21500实验机上分别采用加热法和凝固法,按图1所示加热变形制度进行热拉伸实验图1a所示为加热法,即直接将试样均温区加热到固相线以下规定的拉伸温度,保温60s后在恒温下以011s-1的拉伸速率拉伸变形;图1b所示为凝固法,即先将试样均温区加热到熔化状态,保温60s后冷却到固相线以下规定的拉伸温度再保温60s,最后在恒温下以011s-1的拉伸速率进

5、行拉伸变形2为减少试样高温氧化及由热交换导致的径向温度梯度,先将实验环境抽到真空,然后再充Ar气用S型(Pt2Pt10%Rh)热电偶测量变形温度,并采用热电偶压附法防止热电偶高温脱落在加热之前试样均温区预先套上石英玻璃管,以支撑和保护熔化区,防止钢液溢漏3试样拉断后立即大量喷水,以保持断口形貌及断收稿日期:2003206227基金项目:国家自然科学基金资助项目(59995440);国家重点基础研究发展规划项目(G2000067208-4);辽宁省自然科学基金资助项目(2001101021)作者简介:邸洪双(1958-),男,辽宁锦州人,东北大学教授;刘相华(1953-),男,黑龙江双鸭山人,东

6、北大学教授,博士生导师;王国栋(1942-),男,辽宁大连人,东北大学教授,博士生导师第1期邸洪双等:低碳钢的高温力学性能口附近高温组织,并将断口沿纵向剖开,用金相显微镜观察断口附近的组织41图1高温拉伸实验的温度与变形制度Fig.1Heatinganddeformingprocessofthehightemperaturetensiletest(a)加热法;(b)凝固法2实验结果2.1实验钢的热塑性及强度不同温度下的断面收缩率()(b)是钢标,热塑性曲线(b2如图2、图32可看出,实验温度显著影响材料的高温力学性能,在11001300范围内具有良好的塑性,在1350以上迅速下降,至1400左

7、右几乎为零用加热法和凝固法所测实验钢的和1350d分别为1400从图3不同温度下钢的强度极限Fig.3Ultimatestrengthofsteelatdifferenttemperatures图3可看出,b随温度的升高而连续下降,下降到d仍具有一定的强度,温度继续升高到1450左右,强度极限降低为零用加热法和凝固法所测实验钢的和1400s分别为15002.2不同温度下的试样组织图4为试样在不同高温拉断后,在断口附近的显微组织照片从图4a图4d中可看到在晶界处都存在不同程度的熔化现象,并有碳、硫等低熔点化合物析出图4b为拉断后未经水淬的试图2不同温度下钢的断面收缩率Fig.2Cross2sec

8、tionalareareductionofsteelatdifferenttemperatures样,其组织为贝氏体,而其他金相组织为马氏体加少量贝氏体,随温度降低,马氏体量减少,贝氏体量增加图4不同温度下钢的断口组织Fig.4Fracturemicrostructureofsteelatvarioustemperatures(a)1300;(b)1350(未水淬);(c)1350;(d)140042东北大学学报(自然科学版)第25卷点,在11001300范围内,此钢的断面收缩率均大于60%,具有良好的塑性(2)采用凝固法测定低碳钢的高温力学性能更符合实际(3)实验用低碳钢的高温脆性区较小,此

9、钢具有较强的抗高温裂纹特性参考文献:13实验结果分析3.1熔点至1350区间脆化机理分析大量试验研究证明,<60%时材料的裂纹敏感性明显增加,所以,以此值对应的温度范围来划分材料的脆性温度范围从图2知,钢的高温脆性温度范围为1300至熔点一般认为,脆性主要是由于在晶界处析出低熔点化合物,在枝晶间形成液膜,降低了枝晶间的结合强度,增加了热脆性,导致凝固前沿易产生裂纹3.2加热法与凝固法研究结果比较邸洪双,鲍培玮,苗雨川,等双辊铸轧薄带钢实验研究及其工艺稳定性分析J东北大学学报(自然科学版),2000,21(3):274-277(DiHS,BaoPW,MiaoYC,.Experimental

10、studyonthetwinrollstripofprocessingstabilityJ.U(NaturalScience),(3)从实验所测得的特征曲线看出,采用加热法和凝固法所得结果间存在较大差异,用加热法所测的结果大于用凝固法所测的结果这是因为钢晶,从温度变形制度可知,的变形过程组织更相似性能,本文实验结果分析所用数据为凝固法所得3.3钢的裂纹敏感性分析实验所测的s和d是表征钢高温力学性能的特征参数s表征在固液界面刚凝固的金属开始具有抵抗外力作用的温度;而d表征已凝固的金属开始具有抵抗塑性变形能力的温度4所以,s,d的高低,反映了钢抵抗热裂的能力,s,d越低,热裂敏感性就越高脆性温度区

11、间是反映材料热裂敏感性的重要参数,而这一区间以实验所测特征温度s与d=之差的大小来界定,即脆性温度区s-d越小,说明钢的固-液相温度区间小,裂纹间敏感性越低,在高温脆性区发生热裂的可能性越越大则裂纹敏感性越大,表明固-液相线小;温度区间大,而在此区间内钢处于固液两相区,没有塑性,虽有一定的强度,但强度极低,钢液凝固时在此区间停留的时间长,势必增加产生热裂的可能性,因此裂纹敏感性较高实验用低碳钢的约为50,脆性区较小,说明此钢在高温脆性区抵抗裂纹的能力较强2C,etal.Directstripcastingindustrialpilot,1997,20(3):78-82.plantJ.MPT3C

12、lausH,ThyseenStahlAG,Dudsburg.StripcastingtechnologyarevolutioninthesteelindustryJ.MPTInternational,1995,18(3):42-49.4FlickA,Hohenbichler.StatusofdirectstripcastingofcarbonsteelswithEurostripJ.SteelTimes,2002,26(10):20-22.5ShinYK,KangT,ReynoldsT,etal.DevelopmentoftwinrollstripcasterforsheetsteelJ.St

13、eelmaking,1995,22(1):35-44.Ironmakingand6罗守靖,霍文灿,胡连喜Gleeble21500动态热-力模拟机进行钢的高温力学性能研究J钢铁,1991,26(8):54-57(LuoSJ,HuoWC,HuLX.StudyonhightemperaturemechanicalpropertyofsteelusingGleeble21500thermaldynamicsimulatorJ.JournalofIron&Steel,1991,26(8):54-57.)7SeolDJ,WonYM,OhKY,etal.Mechanicalbehaviorofcar

14、bonsteelsinthetemperaturerangeofmushyzoneJ.ISIJInternational,2000,40(4):356-363.8SeolDJ,WonYM,YeoTJ,etal.HightemperaturedeformationbehaviorofcarbonsteelsintheausteniteandferriteregionsJ.ISIJInternational,1999,39(1):91-98.9牛济泰材料和热加工领域的物理模拟技术M北京:国防工业出版社,1999.45-58(NiuJT.Thesimulationtechnologyinthefie

15、ldofmaterialandhotworkingM.Bejing:NationalDefenseIndustryPress,1999.45-58.)10王学忱,蔡开科,党紫九,等中碳钢的高温力学行为J北京科技大学学报,1992,14(1):28-33(WangXC;CaiKK,DangZJ,etal.OnmechanicalbehaviourathightemperatureforcarbonsteelsJ.JournalofUniversityofScienceandTechnologyofBeijing,1992,4结论(1)低碳钢的脆性温度范围为1300至熔14(1):28-33.)第

16、1期邸洪双等:低碳钢的高温力学性能43HighTemperatureMechanicalPropertiesofLowCarbonSteelDIHong2shuang,KANGXiang2dong,WANGGuo2dong,LIUXiang2hua(StateKeyLaboratoryofRollingandAutomation,NortheasternUniversity,Shenyang110004,China.Correspondent:DIHong2shuang,professor,E2mail:dhshuang)Abstract:Thehotductilityandstrengtho

17、flowcarbonsteelwerestudiedbyusingGleeble21500thermalstress/strainsimulatoraccordingtothehotdeformationschedulesofheatingandsolidifyingseparately.dands,zeroductilitytemperature(ZDT)andzerostrengthtemperature(ZST)respectively,weremeasured.Meanwhile,cracksensitivityandfracturemicroscopicstructurewerean

18、alyzed.Theresultsshowthatthemeasurementsofsolidifyingmethodareclosertotheactuality.Thebrittletemperatureoftestedsteelisfrom1350tomeltingpoint.Thecrosssectioncontractionrateoftheteststeelisgreaterthan60%intherangefrom11001300,showingthesteelhashigherresistancetohightemperaturecracking.Thedandsofthest

19、eelare1350and1400respectively.Keywords:twinrollstripcasting;thinstrip;lowcarbonsteel;hightemperaturemechanicalproperty;zeroductilitytemperature;zerostrengthtemperatureJune27,2003)待发表文章摘要预报王淑仁,闫玉涛,丁津原为齿轮啮合磨损计算机仿真提供依据,在CL2100型齿轮试验机上进行了渐开线直齿圆柱齿轮啮合磨损试验,利用高精度的UMC1000C型三坐标测量仪进行了轮齿磨损前后的齿形检测检测结果经计算机数据处理,再利用Mathematica软件绘出齿形与线磨损量线图,试验方法与理论计算方法比较,结果相符节圆附近的磨损量最小,齿顶圆附近的磨损量最大,径向线磨损量分布的规律与齿面啮合相对速度的变化规律基本一致由Tres