含铬钢的凝固偏析行为及其对导热性影响的研究

摘要

铸坯的导热性影响着钢液的凝固行为，已凝固的铸坯组织形态及元素偏析行为又影响着液相穴内未凝固钢液的凝固进程，这与凝固组织、元素偏析行为等因素对铸坯的导热性影响有关系。含铬钢由于其导热性差，铸坯内温度梯度大，连铸过程中常在二冷区采用弱冷制度，其轧制棒材中易形成框形偏析缺陷，研究含铬钢的导热性及其影响因素可为减少框形偏析缺陷提供依据。
　　本文以40Cr钢为基本研究钢种，通过真空感应炉熔炼获得不同铬含量的钢锭，利用宏观检测分析方法研究了含铬钢样凝固组织特征;利用Nova400 Nano SEM场发射扫描电镜及能谱分析方法研究了铬元素晶界偏析行为;利用LFA427激光导热测试仪研究含铬钢的导热系数，分析了凝固组织、铬元素晶界偏析程度对其导热行为的影响。论文主要结论如下:
　　(1)本文实验条件下，铬含量为0.84％的含铬钢晶粒尺寸大小为0.8-1.2mm的晶粒数目最多，占33.2％，其次是晶粒尺寸大小为0.4-0.8mm和1.2-1.6mm的晶粒，晶粒尺寸大小为0-0.4mm、2.4-2.8mm和2.8-3.2mm的晶粒所占的比例相对很小。
　　(2)其他条件相同情况下，随着铬含量增加，含铬钢晶粒尺寸增大。
　　(3)在近全等轴晶凝固组织结构条件下，能谱分析结果表明，铬含量为0.84％的含铬钢靠近边缘部分铬含量较高，而靠近中心部分铬含量较低。
　　(4)铬含量为0.84％的含铬钢从表面到中心导热系数呈现先增加后降低的趋势，在距表面20mm处达到最大值。随温度升高，含铬钢导热系数总体上呈下降趋势，在800℃时，含铬钢导热系数出现拐点，达到最小值。
　　(5)含铬钢导热系数与晶粒尺寸变化规律基本相似，表现出导热系数与晶粒尺寸成正比的规律。相对于晶粒度对含铬钢导热系数的影响，铬元素的晶界偏析行为对含铬钢导热系数的影响不显著。

目录

声明

摘要

第1章 文献综述

1．1 钢液凝固组织

1．2 微观偏析理论

1．3 热传导原理

1．3．1 热传导的宏观规律

1．3．2 热传导的微观机理

1．3．3 热导率的测量方法

1．4 铬偏析及铸坯凝固组织导热性影响的研究

1．4．1 钢的导热系数研究现状

1．4．2 铬偏析研究现状

1．5 本文研究目的及意义

第2章 实验和研究方法

2．1 含铬钢的熔炼及取样方法

2．2 凝固组织测量

2．3 铬含量偏析测量

2．4 导热系数测量

2．4．1 导热系数测量原理

2．4．2 导热系数实验方案

2．4．3 导热系数实验操作

第3章 含铬钢的凝固组织特征及晶粒尺寸分析

3．1 含铬钢的凝固组织特征

3．2 含铬钢的晶粒尺寸

3．2．1 含铬钢各区域晶粒尺寸

3．2．2 含铬钢上部、中部、下部晶粒尺寸比较分析

3．3 铬含量对含铬钢晶粒尺寸的影响

3．3．1 铬含量对含铬钢晶界面积的影响

3．3．2 铬含量对含铬钢各区域晶粒尺寸的影响

3．4 本章小结

第4章 含铬钢内铬元素的偏析行为

4．1 含铬钢锭铬元素的宏观分布行为

4．2 含铬钢锭晶内铬元素的分布特征

4．3 含铬钢晶界铬元素的分布特征

4．4 铬含量对含铬钢铬元素偏析的影响

4．5 本章小结

第5章 含铬钢凝固行为对其导热系数的影响

5．1 热扩散系数的测试结果及分析

5．2 比热容的测试结果及分析

5．3 导热系数的计算结果及分析

5．4 含铬钢晶粒度与导热系数分析

5．5 铬晶界偏析与导热系数分析

5．6 本章小结

第6章 结论

致谢

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间发表的论文

附录2 攻读硕士学位期间参加的科研项目