《铸造技术＞１１／２００９蔡兆镇等：溶质偏析对连铸坯凝固前沿裂纹敏感性影响的研究
ｐ
己
司
碳含谚（％）
（ａ）Ｏ．１３Ｓｉ—Ｏ．３６Ｍｎ—ｘＰ－Ｏ．０１３Ｓ
碳含睛（％）
（ｂ）Ｏ．１３Ｓｉ—Ｏ．３６Ｍｎ－Ｏ．０ｌ６Ｐ－ｘＳ
图３Ｐ、Ｓ初始含量对△ＴＢ的影响
Ｆｉｇ．３ＥｆｆｅｃｔｓｏｆｉｎｉｔｉａｌｃｏｎｔｅｎｔｏｆＰ（ａ）ａｎｄＳ（ｂ）ｏｎ△ｊ飞
度区临界断裂应变￡。的影响随Ｃ含量变化分布图。从图申可以看出，ｅ。随着Ｃ碳含量增加呈总体下降趋势。当Ｃ含量增加至钢在凝固过程中出现包晶相变前，由于△ＴＢ随Ｃ含量增加而增加的速度比较快，引起ｅ。下降速度也比较快；当钢在凝固过程中出现包晶相变时，受△ｎ突变影响，￡。产生骤降再回升。由于钢在凝固过程中发生包晶相变时会引起钢的体积强烈收缩而产生较大应变，成为凝固前沿形成裂纹的薄弱环节，致使连铸生产时极易出现裂纹缺陷；当Ｃ含量继续增加时，￡。继续下降并趋于平缓。此时虽然￡。最低，但由于钢液凝固方式为Ｌ—ｙ，钢在凝固过程中不会产生剧烈体积收缩，且连铸该钢种时的结晶器液位往往较稳定，连铸坯壳累积应变量较小，产生裂纹的几率也相对较低。
图４ａ为钢液中不同Ｐ初始含量对临界应变￡ｃ影响随Ｃ含量变化的分布图。可以看出，当钢液中初始Ｃ含量较小时，受钢液初始Ｐ含量增加的影响较大，下降速度较快。在本研究中，当Ｃ含量小于Ｏ．３％时，Ｐ含量由０．００８％增加到Ｏ．０６４％时￡ｃ下降了０．４倍之多，大大增加了钢凝固前沿出现裂纹的可能性。当Ｃ含量大于Ｏ．３％时Ｐ含量增加引起的ｅｃ降幅开始逐渐缩小。相比Ｐ偏析对￡ｃ的影响，Ｓ含量的增加对其作用更为显著，如图４ｂ所示。同样，当Ｃ含量小于Ｏ．３％前，Ｓ含量由Ａ１钢种为Ｏ．００７％增加到Ａ４钢种的ｏ．０７８％，￡ｃ平均下降了Ｏ．６５倍；当Ｃ含量大于Ｏ．３％时降幅开始缩小。此外，从二图可看出，由于包晶反应引起脆性温度区间的变化与钢液中初始Ｐ、Ｓ含量关系密切，钢液中Ｐ、Ｓ初始含量越低，包晶反应对￡ｃ的影响越显著。
图４应变率１０－‘／ｓ条件下Ｐ、Ｓ含量对脆性温度区临界断裂应变的影响
Ｆｉｇ．４ＥｆｆｅｃｔｏｆＰ（ａ）ａｎｄＳ（ｂ）ｃｏｎｔｅｎｔｏｎｃｒｉｔｉｃａｌｓｔｒａｉｎｆｏｒｂｒｉｔｔｋｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｒａｎｇｅａｔｔｈｅｓｔｒａｉｎｒａｔｅｏｆ１０一‘／ｓ
２．３溶质偏析对脆性温度区内临界断裂应力的影响式（５）～（７）为Ｈａｎ等Ⅲ３给出的脆性温度区内临界断裂应力筑与临界断裂应变ｅ。、应变率三、固相分率＾以及温度的关系式。醒、醒分别为参Ｆｅ和卜Ｆｅ的临界断裂应力，ＭＰａ；。＾为零临界断裂应力温度对应
的固相分率，本文取为粘滞性温度ＬＩＴ对应的固相分
ＦＯＵＮＤＲＹＴＥＣＨＮＯＩ，ｏＧＹＶ０１．３０Ｎｏ．１１Ｎｏｖ．２００９
率，即。＾一ｏ．８８４。表３为有关参数值。
爱一詈“ｎ一［去…ｐ（爵）］蛳一
再焉≥而．ｓｉ打ｔ［去…ｐ（爵）ｒ’醒一鲁．ｓｉｎ一［去…ｐ（鲁）］叶一ｉ—每而“打，［去…ｐ（啬）ｒ’Ｆｉ五ｉｉ百吣ｍ『ｌ石Ⅵ即Ｉ丽Ｊｊ
毽一（々三等）?［８＾?醒＋７ｆｓ彭］（７）
ＺＤＴ≤Ｔ≤ＬＩＴ
表３表达式参数值‘“】
Ｔａｂ．３Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓｉｎｅｑｕａｔｉｏｎｓ（５）～（７）度较低，钢的抗拉强度增大。图６为应变率１０＿４／ｓ条件下不同Ｐ、Ｓ含量对固相线温度处临界断裂应力的影响。受钢液中初始Ｐ、Ｓ含量增加的影响，因固相线温度下降引起厂ｓ＝１．Ｏ处的临界断裂应力增大幅值，超过了由临界断裂应变减小引起的降低幅值，表现为瓯随钢液中Ｐ、Ｓ含量的增加呈增大趋势，且Ｓ偏析的作用更明显，但二者的增幅都不大。然而，由于钢液中Ｐ、Ｓ初始含量增加引起相同温度下的固相分率及相组成变化却很显著，如图７所示。在实际连铸生产中，结晶器内坯壳凝固前沿的温度基本稳定在一个较小的波动范围，钢液中Ｐ、Ｓ含量的增加将导致脆性温度区内相同温度处的固相分率显著降低，凝固前沿抗拉强度减弱，在热应力、摩擦力、拉坯力等轴向拉伸力的作用，连铸坯产生裂纹几率增加。
图５为应变率１０＿４／ｓ下，Ａ２钢种脆性温度区内
不同固相分率下临界断裂应力疋随Ｃ含量变化分布。
可以看出，随着固相分率的提高，疋表现为线性增加，
并且Ｃ含量变化对疋的影响在固相分率＾＜０．９２时
较小，当＾＞ｏ．９２时影响开始逐渐显著，＾一１．Ｏ时
达到最大，从Ｃ含量Ｏ．０１％时的２．１１ＭＰａ上升到
Ｏ．８％时的４．１２ＭＰａ。这主要是由于Ｃ含量的变化
可以改变钢的凝固方式，当Ｃ含量小于Ｏ．０９％时，钢
液凝固过程中产生的固相为单一的艿相，Ｃ偏析引起
固相线温度下降不大，因而Ｃ含量变化对＾一１．Ｏ处
的筑影响较小；随着ｃ含量的继续增加，磊固过程中图５：Ｚ燃区内不同固相率下临界断裂应力随
出现包晶相变，一方面钢液初始Ｃ含量越高，相同固
Ｆｉｇ．５Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ０ｆｃｒｉｔｉｃａｌｆｍｃｔｕ陀ｓｔ瑚ｓｆｏｒｂｒｉｔｔｌｅ相分率下ｙ相占有比率增加，促使钢的抗拉强度增大５
ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ弛ｎｇｅｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃａｒｂｏｎｃｏｎｔｅｎｔｏｆ另一方面钢液中Ｃ含量的增加使钢在完全凝固时温Ａ２。ｔ。。ｌ
碳含髓（％）碳含毓（％）
（ａ）Ｏ．１３Ｓｉ．Ｏ．３６Ｍｎ．Ｏ．０１３Ｓ时Ｐ的影响（ｂ）Ｏ．１３Ｓｉ．Ｏ．３６Ｍｎ．０．０１６Ｐ时Ｓ的影响
图６应变率为１０－４／ｓ条件下Ｐ、Ｓ含量对凝固前沿临界断裂应力的影响
Ｆｉｇ．６ＥｆｆｅｃｔｏｆＰ（ａ）ａｎｄＳ（ｂ）ｃｏｎｔｅｎｔｏｎｃ“ｔｉｃａｌｆｒａｃｔｕｒｅｓｔｒｅｓｓｆｏｒｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｆｍｎｔａｔｔｈｅｓｔｒａｉｎｍｔｅｏｆ１０一４／ｓ