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S355钢属于低合金高强度结构钢,具有良好的综合性能,广泛应用于桥梁、海洋平台、电力设备、船舶、压力容器等领域。由于微合金钢中第二相析出与组织的裂纹敏感性等原因,导致连铸过程铸坯表面横裂纹缺陷频繁发生。而且横裂纹常在铸坯的弯曲、矫直温度区(700~900℃)产生。因此开展相关基础研究工作,可为上述难题的解决奠定理论基础。通过Gleeble热/力模拟实验,研究了微合金化S355钢的热塑性,测定了S355钢的第三脆性温度区范围。通过热膨胀法,结合金相-硬度法,测定了微合金化S355钢的CCT曲线。通过Thermo-Calc软件,分析了第二相的热力学析出行为。采用SEM、TEM观察分析了S355铸坯中析出物的形貌及析出位置,确定了铸坯中存在的第二相类型。通过Gleeble热/力模拟试验、结合显微组织观察及断口形貌分析,分析了温度历程对铸坯塑性的影响。综合分析S355钢的高温力学性能、相变规律、第二相析出规律,得出了微合金化S355钢第三脆性区的脆性机理;通过工艺改进提高了S355钢在第三脆性温度区的塑性。具体试验结果如下:(1)S355钢第三脆性区温度范围约为:667~850℃,其中750℃为脆性槽低谷。当温度低于750℃时,塑性随着温度的降低而升高;当温度高于750℃时,塑性随着温度的升高而升高。低温端塑性的回升是由于铁素体的大面积析出,体积分数为40%的铁素体可作为低温端塑性回升的判据。(2)S355钢第三脆性区的脆性机理:(1)网状铁素体沿着奥氏体晶界析出。在脆性槽低谷时,网状铁素体膜厚度约为20μm。沿着奥氏体晶界析出的网状铁素体处会产生应力集中,使得裂纹优先在晶界处扩展,产生沿晶脆性断裂。(2)第二相沿着奥氏体晶界析出。第二相主要从加剧应力集中,促使网状铁素体形成等方面恶化S355钢的热塑性。(3)S355钢的过冷奥氏体在不同冷速(0.2~20℃/s)下分别发生了铁素体转变,珠光体转变(转变结束的临界冷速为2℃/s),贝氏体转变(开始转变的临界冷速为1℃/s)和马氏体转变(开始转变的临界冷速15℃/s)。S355钢的Ac1、Ac3温度分别为774、886℃,Fs在755~591℃温度范围,Ps、Pf分别在637~551℃、593~552℃温度范围,Bs、Bf分别在564~455℃、388~494℃温度范围,Ms为393℃。(4)S355钢中Ti的第二相析出温度较高,Nb的第二相析出温度次之,V的第二相析出温度更低;氮化物析出温度普遍高于碳化物。各析出相的种类及其开始析出温度分别为:TiN(1388℃)、NbN、NbC(1100℃)、TiC(1080℃)、AlN(936℃)、VNC(900℃)。(5)在3~10℃/s冷速范围,仅改变冷速无法改善S355钢在第三脆性区的塑性。通过返温工艺,可明显提高S355钢的热塑性,尤其是使得脆性槽低谷的塑性明显提高。塑性的改善主要是因为返温工艺下奥氏体晶粒细化、铁素体晶粒的细化及网状特征的弱化。