论文部分内容阅读
亚快速凝固的冷却速度介于中等速度凝固和快速凝固之间,典型的亚快速凝固的冷却速度为1K/s-103K/s,凝固组织中二次枝晶间距为50μm-5μm。属于亚快速凝固范畴的凝固技术有薄带连铸、压铸、半固态成形、喷射成型等,其中,薄带连铸作为新一代近终形连铸技术,直接将液态金属加工成金属薄带成品或半成品,具有巨大的工业应用价值。但是对薄带连铸相关的亚快速凝固基础问题研究的不足,限制了其进一步发展。为系统研究钢的亚快速凝固基本规律,解决与薄带连铸亚快速凝固有关的非平衡凝固、溶质组元分布、组织与性能的关系等问题,本文采用定向凝固和薄带铸造装置对AISI304不锈钢的亚快速凝固开展了研究工作。
AISI304不锈钢亚快速凝固分为初凝阶段和三相反应阶段,在初凝阶段铁素体直接由熔体中析出;随后凝固进入三相反应阶段,发生L→δ+γ共晶转变,在三相反应阶段末期剩余熔体中直接析出奥氏体。固态转变对AISI304不锈钢定向凝固室温组织起着重要作用,当冷却速度大于0.67K/s时,凝固过程中形成的δ铁素体逐渐转变为γ奥氏体,室温组织为奥氏体基体与未完全转变的初生铁素体;当冷却速度不大于0.67K/s时,δ铁素体在固态转变过程中发生界面迁移和重组,室温下得到块状α铁素体组织。
在实验室采用水冷铜模铸造制备的亚快速凝固AISI304不锈钢薄带,其凝固组织与工业双辊连铸薄带相似,由表层到中心分别为胞状组织→柱状铁素体→等轴铁素体组织。当Ni含量增加至9.66%时,薄带外层凝固模式转变为AF模式,凝固组织由表层到中心依次为细小胞状奥氏体→粗大胞状奥氏体→枝晶奥氏体→枝晶铁素体。
与水冷铜模薄带铸造相比,双辊连铸后期存在热轧过程,在柱状晶与等轴晶间过渡区形成了岛状组织,薄带延伸率较高;真空吸铸前期熔体受铜模的冷却而产生较大过冷,其薄带凝固组织主要为等轴晶组织,力学性能较低。
研究了冷却速度和熔体过热对AISI304不锈钢亚快速凝固组织和偏析的影响,结果表明,随冷却速度增加,铁素体二次枝晶间距减小,残余铁素体含量增加,Cr、Ni元素的微观偏析逐渐减轻;随熔体过热度增加,枝晶间距增加,残余铁素体含量降低。在亚快速凝固薄带中未出现明显的宏观偏析。
研究了AISI304不锈钢中合金元素含量对薄带凝固组织及性能的影响。Ni含量的降低促使薄带中形成板条状铁素体,残余铁素体含量增加;而Ni元素的增加会引起薄带凝固模式向AF模式转变;无论增加或降低Ni含量均会导致薄带的力学性能和抗点蚀性能降低。在降低Ni至7.26wt.%的基础上添加1.5wt.%的Mn后,板条状铁素体减少,薄带力学性能和抗点蚀性能与原AISI304不锈钢合金相当。Cr含量的增加会引起铁素体含量及点蚀电位的增加,但增加或降低Cr含量均会降低AISI304不锈钢薄带的力学性能。