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冶铸钢体作业进境里缺漏和工效改换的研讨

发布时间:06-09  

实验材料试验材料选用某钢铁生产厂家生产的连铸高碳小方坯,其成分如。钢坯在连铸坯中的截取方法如示。两种尺寸的3根钢棒,这样截取的目的是为了得到不同的压缩比。截下后观察缺陷,发现用肉眼只看见芯部的3区试样上有明显的缩孔,在1区试样和2区试样上肉眼不能发现缺陷。将取下的钢坯进行锻压,把26×64×180的钢坯锻压成25mm×25mm的方棒和Φ15mm的圆棒,压缩比分别为2.7和9.4;把20×20×180的钢坯锻压成Φ10mm的圆棒,然后再把其锻压成Φ5mm的圆棒,两次锻压后其压缩比为20.



将锻压后的试样进行缺陷百分比测试,并将相同的试样进行拉伸实验,以寻找压缩比、缺陷与产品性能之间的关系。拉伸试样按国标GB2975-82金属拉伸试样试验方法做成标准的板形拉伸试样,拉伸试样在In2stron851型试验机上进行拉伸试验;而缺陷测试是选用与拉伸试样相同的试样进行,主要是在采用同一区域不同部位的5段金相试样,在OLYMPUS-PMG3金相显微镜下分别测定整个金相区域的缺陷面积,然后取其平均值作为试样的缺陷百分数。



试验结果及分析力学性能与缺陷百分比对照分析试样拉伸试验及缺陷百分比测定实验结果见表2所示。



通过可以看出,随着锻压比的增大,抗拉强度和延伸率都有增大的趋势,在每一组(即锻压后边长或直径相同的组)中,钢坯中不同区域呈现出的力学性能规律已不明显。分析认为,钢坯经过后续加工以后,常规数量和分布的缺陷对性能的影响已经不是主要因素,而是组织对性能的影响占了主要作用,即在锻压后的钢坯中力学性能与缺陷百分比的关系的测试数据十分分散。例如锻压后Φ15mm的试样中的3区,其缺陷百分比是0.6678%,抗拉强度是883MPa;1区的缺陷百分比是0.4604%,而抗拉强度是874MPa.



不同锻压比的钢坯力学性能分析不同的压缩比,其力学性能有很大的差异,通过这里的四组试验可以看出,随着压缩比的增大,1区和2区的试样锻压后其力学性能有所增加,而3区的试样随着压缩比的增大,其抗拉强度降低。这说明在加工过程中,1区和2区试样的缺陷有的被焊合,例如疏松和缩孔,有的发生变形或碎化,例如非金属夹杂物。这样,缺陷对试样力学性能的影响就变小了。而且由于后续的加工过程是塑性加工过程,这对改善金属的组织和性能也是有益的。如在进行钢坯的轧制过程中,轧制后的钢坯金相组织比轧制前的细密(如所示),力学性能也比轧制前的高出50%左右。



钢坯的锻压比与力学性能的关系如所示,由可以看出,在原始钢坯(即没有经过锻压的钢坯)中,其抗拉强度都很低,经过锻压后,钢坯的力学性能都有了明显的升高,随着锻压比的增大,1区和2区的抗拉强度增大,而3区的抗拉强度略有降低。



组织对性能的影响经分析,在原始组织中,由于全部都是铸造组织,晶粒很粗大,所以钢坯
整体的抗拉强度都不是很高,而芯部的3区比1区和2区更低,由此说明在3区中存在的较多的铸造缺陷是造成其力学性能较低的主要原因。而经过较低的压缩比锻压(锻压比是2.7)后,钢坯中3个区域试样的力学性能已经与原始钢坯中的力学性能关系发生了“倒置”现象,即3区试样的抗拉强度最高,而1区试样的最低,由此说明锻压后,其力学性能与其缺陷以及组织的变化有很大的关系。文献指出,钢坯不同区域的结晶组织不同,在其外表区是致密的等轴晶区,但其厚度很小;中间是柱状晶区;而芯部则是粗大的等轴晶区。在锻压过程中,由于等轴晶是比较致密的组织,几乎呈现出各向同性,所以不容易被压缩;而柱状晶有一定的方向性,容易变形,在锻压过程中柱状晶容易被“压密”;除此之外,钢坯在锻造过程中,由于温度升高发生的再结晶现象,会使粗大的柱状晶发生再结晶,转化为等轴晶,较粗大的等轴晶转化为较细小的等轴晶。由此可见,在锻压过程中,试样的受力和再结晶都会使其组织细化。而疏松和缩孔在锻压过程中,很容易被焊合或压扁。这几种因素的综合影响,使试样表现出较好的力学性能。由此分析可知,在试样的1区,由于有部分的致密等轴晶存在,在初步的锻压过程中,组织的变化不如2区的柱状晶区的组织变化大,所以其抗拉强度的变化也没有2区的大;3区由于存在有较多的疏松、缩孔等铸造缺陷,在锻造过程中疏松和较小的缩孔被焊合,芯部的组织又是较粗大的等轴晶,在再结晶过程中会转化成较细小的等轴晶。这样3区试样的性能变化就更大,这就是在锻压比为2.7时试样的抗拉强度出现倒置的原因。



随着锻压比的增大,即锻压比由2.7增加到9.4,1区和2区试样的抗拉强度有较小的增长趋势,而3区试样的抗拉强度出现了微小的回落现象。



分析其原因是:随着压缩比的增大,等轴晶和柱状晶变形更大,组织更致密;而其中较大的缩孔也不断被焊合,但是由于在焊合过程中不是所有的缺陷都能被焊合得象原始组织那样没有任何“缝隙”,而是会发生焊合不完全而出现微裂纹的现象(简略给出不同压缩比的缺陷变化情况),这样在钢坯拉伸过程中易引起应力集中,另一方面,较小的缩孔和疏松已经被焊合,而较大的缩孔在锻造时也已经被焊合到几乎无法改变的状态,所以在锻造过程中压缩比的增大对缩孔形态的改变影响不是很大。这两种因素综合作用,互相影响。在1区和2区中,由于缩孔较少,组织较粗大,随着压缩比的增大,组织不断细化,因而其抗拉强度有所提高;而3区中缩孔较多、较大,在锻压初期即被焊合,组织又几乎是由等轴晶组成的,所以其组织的变化也不是很大,因此其性能的变化不是很明显,基本保持在较小压缩比(2.7)的状态(抗拉强度为880MPa左右)。



结论1)钢坯在锻压过程中,随着锻压比的增大,钢坯中1区和2区试样锻压后力学性能逐渐增大,而3区试样在压缩比较小(这里研究的锻压比为2.7)时,抗拉强度上升的很快,当锻压比增大(这里指9.4),其性能略有回落;但锻压比继续增大,其性能基本不变,而总的缺陷百分比都稍有降低。2)在钢坯的后续产品中,随着压缩比的增大,夹杂物只要在标准(不同用途的钢坯其标准亦不同)规定范围内,对其性能的影响不大。

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