连铸过程中铸坯应变对碳氮化铌析出行为的影响

第１６卷第４期　２０１０年８月　宽厚板　ＷＩＤＥ　ＡＮＤ　ＨＥＡＶＹ　ＰＬＡＴＥ　Ｖｏ１．１６．Ｎｏ．４　Ａｕｇｕｓｔ　２０１０‘１・　・试验研究・　连铸过程中铸坯应变对碳氮化铌析出行为的影响　韩建军　朱正海　岳尔斌　（１中钢科技发展有限公司；２钢铁研究总院）　摘要采用应变诱导析出模型分析了连铸过程中铸坯应变对碳氮化铌析出行为的影响。结果表明：拉　速变化对碳氮化铌的最快析出时间有一定的影响，在同样的应变及应变温度下，拉速越快碳氮化铌最快析出时　间越短；在连铸过程的矫直段及弯曲段，由于铸坯应变及应变速率较小，在研究连铸过程碳氮化铌析出行为时　铸坯应变对碳氮化铌析出行为的影响可以忽略。　关键词应变诱导析出铸坯矫直应变速率　Ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　Ｓｔｒａｎｄ　Ｓｔｒａｉｎ　ｏｎ　Ｎｂ（Ｃ，Ｎ）Ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ　ｉｎ　Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　Ｃａｓｔｉｎｇ　Ｐｒｏｃｅｓｓ　Ｈａｎ　Ｊｉａｎｊｕｎ　．Ｚｈｕ　Ｚｈｅｎｇｈａｉ　ａｎｄ　Ｙｕｅ　Ｅｒｂｉｎ　（１　Ｓｉｎｏｓｔｅｅｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　Ｃｏ．Ｌｔｄ　２　Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｉｏｒｎ　ａｎｄ　Ｓｔｅｅｌ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｉｔｔｕｔｅ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｉｔ　ｗａｓ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ｂｙ　ｓｔｒａｉｎ—ｉｎｄｕｃｅｄ　ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ　ｍｏｄｅｌ　ｔｈａｔ　Ｎｂ（Ｃ，Ｎ）ｐｒｅｃｉｐｉａｔｔｉｏｎ　Ｗａｓ　ｅｆｆｅｃｔｅｄ　ｂｙ　ｓｔｒａｎｄ　ｓｔｒａｉｎ　ｉｎ　ｓｌａｂ　ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　ｃａｓｔｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ａｒｅ　ａｓ　ｆｏｌｌｏｗｓ：Ｔｈｅ　ｃｈａｎｇｉｎｇ　ｏｆ　ｗｉｔｈｄｒａｗａｌ　ｓｐｅｅｄ　ｈａｓ　ｃｅｒ－　ｔａｉｎ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｆｓｔａｅｓｔ　ｐｒｅｃｉｐｉａｔｔｉｏｎ　ｉｔｍｅ　ｏｆ　Ｎｂ（Ｃ，Ｎ）；ｔｈｅ　ｆａｓｔｅｓｔ　ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ　ｔｉｍｅ　ｉｌｗｌ　ｂｅ　ｓｈｏｒｔｅｒ　ａｓ　ｔｈｅ　ｗｉｔｈｄｒａｗａｌ　ｓｐｅｅｄ　ｉｎｃｒｅａｓｅｓ．Ｄｕｅ　ｔｏ　ｓｍａｌｌ　ｓ￣ａｎｄ　ｓｔｒａｉｎ　ａｎｄ　ｓｔｒａｉｎ　ｒａｔｅ　ａｔ　ｔｈｅ　ｓｔｒａｉｇｈｔｅｎｉｎｇ　ｓｅｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｃｕｒｖｅｄ　ｓｅｃｔｉｏｎ，ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｓｔｒａｎｄ　ｓｔｒａｉｎ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ　ｂｅｈａｖｉｏｒ　ｏｆ　Ｎｂ（Ｃ，Ｎ）ｗｈｅｎ　ｓｔｕｄｙｉｎｇ　ｔｈｅ　Ｎｂ（Ｃ，Ｎ）ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ　ｂｅｈａｖｉｏｒ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　ｃａｓｔｉｎｇ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ　Ｓｔｒａｉｎ—ｉｎｄｕｃｅｄ　ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ，Ｓｔｒａｎｄ，Ｓｔｒａｉｇｈｔｅｎｉｎｇ，Ｓｔｒａｉｎ　ｒａｔｅ　０前言　Ｅｉ＝　’　在含铌钢的连铸生产过程中，铌的析出相碳　氮化铌在铸坯中不断析出，对铸坯质量有着直接　意一赤　×１００％　（　）　式中：　为两点问的弧长，涉及到的不同半径　的影响，尤其是在铸坯矫直过程中更易成为铸坯　裂纹产生的诱因。碳氮化铌的析出除与温度有关　外，在应变作用下也存在应变诱导析出。铸坯在　弯曲、矫直过程中受到应力作用并产生应变，这部　分别以Ｒｉ、Ｒ…标注。以国内某钢厂２５０　ｍｍ厚　度板坯连铸机为分析对象，通过铸机辊列图可以　得到弯曲、矫直处铸机的半径以及不同弯曲点、矫　直点之间的弧长，具体半径为：　弯曲段半径：　Ｒ０／Ｒ１／Ｒ２／Ｒ３／Ｒ４／ＲＳ／Ｒ６／Ｒ７＝　∞／ｌ３５．３７０／４５．１２７／２７．０８０／１９．３５２／　１５．０００／１２．２１７／１０．３３０　ｍ　分应变及其应变速率对铸坯中碳氮化铌的析出可　能会产生一定的影响。本文通过应变诱导析出模　型，研究了典型的板坯连铸过程中铸坯应变对碳　氮化铌析出的影响。　１铸坯弯曲、矫直过程的应变分析　铸机主半径Ｒ８：９．５００　ｍ　矫直段半径：　Ｒ９／Ｒ１０／ＲＩ　１／Ｒ１２／Ｒ１３／Ｒ１４／Ｒ１５／ＲＩ６／Ｒ１７／　Ｒ１８：１０．２７０／１１．５３６／１３．２２３／１５．５５０／１９．０３３／　２４．５８０／３４．３９６／５７．３ｌ７／１７１．９６０／∞ｍ　铸坯在弯曲、矫直过程中，铸坯断面上所受最　大应变的位置为铸坯表面，其应变计算公式如　下　，　：　・２・　宽厚板　第ｌ６卷　由以上数据计算所得结果如表１所示，表中　间、应变速率等，计算以典型工艺条件为背景，拉　速为０．９　ｍ／ｍｉｎ。　列出了弯曲和矫直过程中铸坯应变所涉及到的所　有半径和弧长，以及通过计算得到的应变、应变时　表１弯曲、矫直过程中的相关参数　从表１中可以看出，弯曲段与矫直段总应变　量是相同的，说明计算正确。同时可以看到，弯曲　段、矫直段各点问的应变量不是平均分布的，各点　间的应变速率也不相同。　由于铸坯在矫直段的温度相对较低，此时析　出物已经开始析出，所以在矫直段考虑应变对析　出相析出的影响更有代表性。选择矫直段应变速　率最大处为计算对象，铸坯在此段距离内的应变　为０．００２　９４，应变速率为１．４７×ｊ０一　ｓ，由实测　的铸坯温度可知，距铸坯边部１００　ｔｏｎｉ处对应温　度约为９６０　ｏｃ。　定方法确定的常数，Ａ值为１．０×１０～；Ｉｎｋ　为Ｂ．　Ｄｕｔｔａ所提出的溶解度积；Ｚ为Ｚｅｎｎｅｒ—Ｈｏｌｌｏｍｏｎ　参数；Ｔ为绝对温度；Ｑ为热激活能，数值为２７０　ｋＪ・ｔｏｏｌ～；ｓ是温度Ｔ时的应变；Ｒ为理想气体常　数，数值为８．３１４　Ｊ・Ｋ～・ｔｏｏｌ～。　该模型的提出基于经典形核理论，考虑了应　变温度、应变、应变速率以及化学成分对析出的影　响，是研究析出最常用的一个模型。　对于常数Ｂ的值，很多学者经过理论计算和　实验分析，给出了在不同情况下的优化值。本文　根据Ｍ．ＤＪＡＨＡＺＩ等人　的研究，取析出物Ｎｂ　（Ｃ，Ｎ）与奥氏体的修正因子为０．３８，由式（３）可　得出Ｂ值为１．３６５　Ｘ　１０ｍ。　３　Ｖ　Ｎｏ　１６７ｒ￣ｚＴＢ：一—２应变诱导析出模型与计算　２．１模型及相关参数　应变诱导析出常用模型是由Ｂ．Ｄｕｔｔａ和Ｃ．　Ｍ．Ｓｅｌｌａｒｓ　。’－５）提出的含Ｎｂ钢中碳氮化物析出开　２一（３）　３　始时问模型，＆日式（２）：　ｔ。　＝　。。　ｚ一　Ｂ　式中：Ｎ　一阿伏伽德罗常￣／ｍｏｌ一；　一＂一　ｅｘｐ（Ｏ／Ｒｒ）ｅｘｐ　一界两能／（Ｊ・１＂１３　）；　（ｉｎｋ　）。　（２）　一考虑位错形核的界面能修正因子；　摩尔体积／（ｍ　・ｍｏ］　）；　式中：　为当前温度下析出开始时间。为析出　Ｚｅｎｅｒ—Ｈｏｌｌｏｍｏｎ参数由应变及应变温度给　出：　完成５％的时间；Ａ、　是由具体的实验数据和测　第４期　Ｚ＝ｋｅｘｐ４×１０　／ＲＴ。　韩建军等：连铸过程中铸板坯应变对碳氮化铌析出行为的影响　（４）　・３・　述式中计算，结果如图２所示。再将铸坯所受应　式中：杏一应变速率／ｓ～；　Ｔ　一应变温度／Ｋ；　Ｎｂ（Ｃ　Ｎ　一　）析出量的计算通过以下４式联　变设定为轧钢期问的应变值，即应变为０．３５　窟　变速率为４　ｓ～，应变开始时间同样为９６０　订　算结果如图３所示。　立求解可得　。　ｌｇ　ｂ』［　：２．９６—７　５１０／Ｔ　（５）　ｌｇ　：２．８０—８　５００／Ｔ　（６）　Ｎｂ＇－［Ｎｂ］Ｍ——一—Ｎ—ｂ　ｆ７、　Ｃ　一［Ｃ］一　、　，　Ｎ　—『Ｎ］　ｉ（　一　）１　Ｍ　一　＼（８）　，　　式中：Ｘ为ＮｂＣ所占的摩尔分数；　ｍ、Ｍ。、　分别为Ｎｂ、Ｃ、Ｎ元素的原子量；Ｎｂ　、Ｃ　、Ｎ　为元　素初始含量，［Ｎｂ］、［Ｃ］、［Ｎ］为元素平衡含量。　２．２汁算结果与分析　使用上述模型对连铸过程中矫直段应变及应　变速率最大处进行计算，其中［Ｎｂ］＝０．０２７，［Ｃ］　＝０．１２，［Ｎ］＝０．４１，ｍ计算结果如图１所示。　Ｏ　１０　０００　２０　ｏｏＯ　３０　０００　４０　０００　时ｊ坷，ｓ　图ｉ典型拉速Ｆ析出量一温厦一时ｆ司（ＰＴｒ）曲线　（计算结果）　由图２可见，铸坯在９６０℃，应变及应变速率　分别为０．００２　９４、１．４７×１０　ｓ　时，在铸坯受到　应变后，碳氮化铌在各温度的开始析出时问呈典　型的Ｃ曲线特征，此时碳氮化铌最快开始析出温　度约为９０８　ｃｃ，最快开始析出时问约为５　７３７　Ｓ。　可以看到，析出温度较低，且最快开始析出时问也　相当长．　．将铸坯拉的速提升至１．５　ｍ／ｒａｉｎ、２　ｍ／ｒａｉｎ、　２．４　ｍ／ｍｉｎ　，对应的应变速率分别为：２．４５　Ｘ　１０。Ｓ～、３．２７　Ｘ　１０　Ｓ一、４．０８×ｌ０　Ｓ～，代人上　６　Ｏｏｏ　１Ｏ　ＯｏＨ。　１４　０００　时闻／ｓ　咖　图　高拉速条件下Ｐｒｒ计算结果　０．２　０．４　０．６　０．８　１．０　１．２　１．４　时间／ｓ　图３轧制条件Ｆ　ＰＩｒｒ计算结果　由图２可知，同样在９６０℃，当拉速提｛０看，　最快析出温度和最快析出时间分别为：９０８　ｃ【＝，４　５９４　ｓ；９０８℃，４　００３　ｓ；９０８　ｃ【＝，３　５４８　Ｓ。显　然，铸坯在同样的应变及应变温度下，应变速率对　碳氮化铌最快析出时间有直接影响，应变速率越　高，碳氮化铌最快析出时间越短，说职拉速的变化　对碳氮化铌的析出具有一定的影响。从圈３可以　看出．在轧制条件下，最快开始析出温度同样为　９０８℃，但最快开始析出时间仅为０．３　Ｓ　从图２和图３可以看出：即使以厚板连铸生　产中２。４　ｍ／ｍｉｎ的高拉速计算，铸坯在矫直段所　受应力及应变速率依然较小，导致受应变作用的　碳氮化铌析出时间较长，已经超出连铸生产的时　问范围，而在同样的时间内，铸坯温度的变化将对　碳氮化铌的析出起重要作用。（下转第１７页）　第４期　田苗等：高强度船板ＮＶＤ（Ｅ）４２０钢板的研制开发　表８钢板的实物性能　‘１７・　６结论　厚度、更高强度级别产品开发积累了宝贵的经验　与数据，提供了有力的技术储备。　田苗，女，１９９４年毕业于舞钢职工大学炼钢专业，工程　师。　（１）研制的ＮＶＤ（Ｅ）４２０钢板成分、工艺设计　合理，性能优良。　（２）ＮＶＥ　４２０钢板具有良好的厚度方向性　能，可以满足Ｚ３５级别的要求。　（３）该钢种的开发，为舞钢在此领域向更大　收稿日期：２０１０—０５—０７　（上接第３页）因此，在矫直段，铸坯应变对碳氮　化铌析出的影响并不是连铸过程碳氮化铌析出的　２曹广畴．现代板坯连铸［Ｍ］．北京：冶金工业出版社，１９９４．　２５４．　３　Ｂ．Ｄｕｔｔａ．Ｃ．Ｍ．Ｓｅｌｌａｒｓ．Ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　Ｃｏｍｐｏｓｉｉｔｏｎ　ａｎｄ　Ｐｒｏｃｅｓｓ　Ｖａｒｉａ—　主要因素，可以忽略。由以上计算所采用的参数　可以知道，在研究连铸过程碳氮化铌的析出行为　时，铸坯在弯曲段及矫直段的应变对碳氮化铌析　出行为的影响可以忽略。　３结论　ｂｌｅｓ　ｏｎ　Ｎｂ（Ｃ，Ｎ）Ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ　ｉｎ　Ｎｉｏｂｉｕｍ　Ｍｉｃｒｏａｌｌｏｙｅｄ　Ａｕｓｔｅｎｉｔｅ　［Ｊ］．Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，１９８７，３（３）：１９７—２０６．　４　Ｂ．Ｄｕｔｔａ，Ｅ．Ｖａｌｄｅｓ。Ｃ．Ｍ．Ｓｅｌｌａｒｓ．Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ａｎｄ　Ｋｉｎｅｔｉｃｓ　ｏｆ　Ｓｔｒａｉｎ　Ｉｎｄｕｃｅｄ　Ｐｒｅｃｉｐｉａｔｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｎｂ（Ｃ，Ｎ）ｉｎ　Ａｕｓｔｅｎｉｔｅ［Ｊ］Ａｃａｔ　Ｍｅｔａｌ１．Ｍａｔｅｒ．１９９２，４０（４）：６５３．　５　Ｂ．Ｄｕｔｔａ。Ｅ．Ｊ．ＰＡＬＭＩＥＲＥ，Ｃ．Ｍ．ＳｅＵａｒｓ．Ｍｏｄｅｌｉｎｇ　ｔｈｅ　Ｋｉｎｅｔｉｃｓ　ｏｆ　Ｓｔｒａｉｎ　Ｉｎｄｕｃｅｄ　Ｐｒｅｃｉｐｉａｔｔｉｏｎ　ｉｎ　Ｎｂ　Ｍｉｃｒｏａｌｌｏｙｅｄ　Ｓｔｅｅｌｓ．Ａｃｔａ　通过应变诱导析出模型分析了连铸过程中铸　坯应变对碳氮化铌析出行为的影响并予以应用，　结果如下：　Ｍａｔｅｒｉａｌｉａ．２ｏ０ｌ，４９（５）：７８５．　６　Ｍ．￣ｊａｈａｚｉ，ｘ．Ｌ．Ｈｅ，Ｊ．Ｊ．Ｊｏｎａｓ，Ｗ．Ｐ．Ｓｕｎ．Ｎｂ（ｃ，Ｎ）Ｐｍｃｉｐｉ—　ｔａｔｉｏｎ　ａｎｄ＂Ａｕｓｔｅｎｉｔｅ　Ｒｅｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ　ｉｎ　Ｂｏｒｏｎ—ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ　Ｈｉｇｈ　—（１）拉速变化对碳氮化铌的最快析出时间具　有一定的影响，在同样的应变及应变温度下，拉速　越快碳氮化铌最快析出时间越短。　ｓｔｒｅｎ￣ｈＬｏｗ—ａｌｌｏｙ　Ｓｔｅｅｌｓ［Ｊ］．Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎ．１９９２，　２３（Ａ）：２１１１．　７雍歧龙．钢铁材料中的第二相［Ｍ］．北京：冶金工业出版社，　２ｏｏ６．３２０．　（２）在连铸过程的矫直段及弯曲段，由于铸　坯应变及应变速率较小，在研究连铸过程碳氮化　铌的析出行为时，铸坯应变对碳氮化铌析出行为　的影响可以忽略。　参考文献　１　Ｂａｒｂｅｒ　Ｂ，Ｐｅｒｋｉｎｓ　Ａ．Ｓｔｒａｎｄ　Ｄｏｆｏｎｎａｆｉｏｎ　ｉｎ　Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　Ｃａｓｔｉｎｇ．　８汪洪峰．高拉速板坯连铸的设备改造和工艺优化［Ｊ］．炼钢．　２００８，２４（１）：５４．　韩建军，男，１９８７年毕业于东北大学铸造专业，高级工程　师。　收稿日期：２０１０—０５—２７　Ｉｍｎｍａｋｉｎｇ　ａｎｄ　Ｓｔｅｅｌｍａｋｉｎｇ［Ｊ］．１９８９，１６（６）：加６