電弧爐冶煉Q355D連鑄坯的高溫?zé)崴苄匝芯?/h1>
2022-08-19 09:00:48張振申藺學(xué)浩賀瑞飛
河南冶金 2022年1期
張振申 藺學(xué)浩 賀瑞飛
（安陽鋼鐵股份有限公司）
0 前言
2020年我國(guó)提出CO2排放力爭(zhēng)于2030年之前達(dá)到峰值，努力爭(zhēng)取2060年之前實(shí)現(xiàn)碳中和。鋼鐵行業(yè)作為我國(guó)重要的基礎(chǔ)工業(yè)，是能源和CO2排放大戶，CO2排放量占全國(guó)CO2排放總量的15%～18%[1-2]。中國(guó)鋼鐵工業(yè)主要以高爐-轉(zhuǎn)爐的長(zhǎng)流程為主，長(zhǎng)流程生產(chǎn)粗鋼產(chǎn)量占90%以上，而長(zhǎng)流程CO2排放量在2 000～2 400 kg/t，而電弧爐短流程的CO2排放量?jī)H有500 kg/t左右，隨著我國(guó)廢鋼資源的總量增加，廢鋼循環(huán)及利用產(chǎn)業(yè)鏈的完善，發(fā)展電弧爐短流程生產(chǎn)模式是鋼鐵行業(yè)發(fā)展的主要方向[3]?，F(xiàn)有電弧煉鋼生產(chǎn)過程中鋼水中P、S、N、殘余元素等有害元素的含量增加，隨著鋼中有害元素含量的增加，鋼的高溫?zé)崴苄园l(fā)生較大的變化[4]。 連鑄坯角橫裂和表面橫裂紋主要發(fā)生在連鑄生產(chǎn)過程的彎曲和矯直階段，為了了解連鑄坯角部裂紋的原因，高溫?zé)崴苄栽囼?yàn)是一種研究連鑄坯高溫性能和裂紋敏感性的有效方法之一。
在連鑄生產(chǎn)過程中，鑄坯角部裂紋發(fā)生的頻率增加，電弧爐鑄坯生產(chǎn)的成品材中出現(xiàn)邊部裂紋的比例為3.2%～5.8%，同比轉(zhuǎn)爐鋼邊部裂紋發(fā)生的概率增加72.3%～95.0%。電弧爐鋼鑄坯角橫裂如圖1所示，鑄坯角部裂紋主要分布在鑄坯振痕波谷處，沿鑄坯窄面和寬面延伸5～15 mm，鑄坯內(nèi)弧側(cè)的裂紋程度和數(shù)量要高于外弧側(cè)，在連鑄坯矯直過程中，振痕處成為應(yīng)力最為集中的位置，隨著矯直溫度的降低，鑄坯高溫塑性降低誘發(fā)裂紋沿振痕波谷不斷延伸，經(jīng)2800機(jī)組軋制后在鋼板表面開裂形成邊部裂紋，裂紋距邊部30～80 mm，存在邊部裂紋的鋼板需在線下進(jìn)行人工切割，造成切除廢品量增加，原有合同的寬度尺寸改變需重新生產(chǎn)，使交貨時(shí)間延長(zhǎng)，降低電弧爐鋼的綜合效益。筆者采用GLEEBLE-3800熱模擬試驗(yàn)機(jī)對(duì)電弧爐冶煉生產(chǎn)的Q355D低合金鋼連鑄板坯在600～1 350 ℃溫度區(qū)間的高溫?zé)崴苄赃M(jìn)行了研究，為該鋼種二冷工藝調(diào)整和矯直溫度的控制提供依據(jù)。
圖1 電弧爐鋼角橫裂
1 高溫?zé)崴苄栽囼?yàn)方案
1.1 試驗(yàn)鋼種工藝及成分
利用GLEEBLE-3800熱模擬試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行電弧爐生產(chǎn)低合金鋼Q355D的鑄坯熱塑性試驗(yàn)，了解鑄坯高溫的塑性變形能力和裂紋敏感位溫度區(qū)間，防止在連鑄坯矯直過程出現(xiàn)角部裂紋和橫裂紋。Q355D的生產(chǎn)工藝流程如圖2所示。安鋼100 t電弧爐采用38.2%鐵比的生產(chǎn)模式，試樣的化學(xué)成分見表1，電弧爐冶煉鋼種的Cu、Cr、Ni等殘余元素含量隨鐵比的降低而不斷增加。
表1 Q355D試樣的化學(xué)成分
圖2 Q355D的生產(chǎn)工藝流程
1.2 試樣加工方案
試驗(yàn)樣品的取樣位置和精度直接關(guān)系到試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，試樣選取時(shí)需避開鑄坯兩側(cè)三角區(qū)及中心偏析區(qū)域，在1 500 mm×200 mm鑄坯的寬度1/4區(qū)域、厚度距鑄坯表面10～60 mm的范圍內(nèi)取樣，試樣的軸向方向與鑄坯拉坯方向相同，鑄坯取樣位置如圖3所示。首先取20 mm×20 mm×200 mm的矩形試樣，然后將矩形試樣加工成為10 mm×121.5 mm，并將兩端加工15.25 mm的螺紋，如圖4所示。
圖3 鑄坯取樣位置
圖4 試樣加工
1.3 熱塑性試驗(yàn)方案
采用GLEEBLE-3800熱模擬機(jī)進(jìn)行高溫拉伸試驗(yàn)，測(cè)試的溫度范圍為600～1 350 ℃，每隔50 ℃測(cè)量一組數(shù)據(jù)。熱塑性試驗(yàn)工藝方案如圖5所示，將試樣夾持在真空度為1.33×105MPa的真空槽內(nèi)，通過大電流將其以10 ℃/s的速度從室溫加熱至1 300 ℃并保溫3 min，當(dāng)測(cè)試溫度≥1 300 ℃時(shí)以1 ℃/s的加熱速度升溫至測(cè)試溫度并保溫2 min，然后以固定的形變速率進(jìn)行高溫拉伸試驗(yàn)，當(dāng)測(cè)試溫度＜1 300 ℃時(shí)以2 ℃/s的冷卻速度降低至測(cè)試溫度并保溫2 min，然后以固定的形變速率進(jìn)行高溫拉伸試驗(yàn)。為模擬高溫下連鑄矯直區(qū)域的變形行為，熱塑性試驗(yàn)的應(yīng)變率選取1×10-3s-1。每組試樣每個(gè)溫度制度重復(fù)進(jìn)行兩次試驗(yàn)，兩次試驗(yàn)斷面收縮率值之差小于3%，取兩次試驗(yàn)結(jié)果的平均值作為該溫度制度的斷面收縮率和抗拉強(qiáng)度，若兩次試驗(yàn)結(jié)果差距較大，則進(jìn)行再次試驗(yàn)，取其中斷面收縮率值之差小于3%的試驗(yàn)結(jié)果平均值。
圖5 熱塑性試驗(yàn)工藝方案
2 高溫拉伸性能
根據(jù)試樣斷口截面積與初始試樣截面積之比作為斷面收縮率，R.A%。以測(cè)量5次斷口直徑的平均值作為斷口截面的直徑，計(jì)算斷口面積，如：
式中，R.A——斷面收縮率，%；Do——試樣初始直徑，mm；Di——試樣斷口第次測(cè)量值，mm。
當(dāng)面縮率R.A%值大于60%時(shí)，鋼不易出現(xiàn)裂紋；R.A%值處于40%～60%之間時(shí)，裂紋發(fā)生概率較低[5]；R.A%值小于40%時(shí)，裂紋敏感性大大增強(qiáng)。測(cè)量并計(jì)算不同溫度下斷口的收縮率，做出R.A-T曲線，分析鑄坯脆性區(qū)間，從而確定鑄坯合理的矯直溫度區(qū)間（第Ⅲ脆性區(qū)間）以及鑄坯的內(nèi)裂紋敏感區(qū)（第Ⅰ脆性區(qū)間）。
電弧爐鋼Q355D鑄坯在不同溫度下試樣斷面收縮率（R.A%）隨溫度的變化曲線如圖6所示。電弧爐鋼Q355D存在明顯的高溫塑性區(qū)和低溫脆性區(qū)，高溫塑性區(qū)為1 150～1 300 ℃之間，該區(qū)間最低斷面收縮率為60.9%；低溫脆性區(qū)在650～950 ℃之間，溫度小于950 ℃之后鑄坯收縮率迅速由88.1%降低至900 ℃的33.1%，斷面收縮率在800 ℃時(shí)達(dá)到最低（為23.9%），斷面收縮率低于60%的溫度范圍為661～922 ℃，斷面收縮率低于40%的溫度范圍為700～900 ℃。在結(jié)晶器中鑄坯振痕波谷處與結(jié)晶器形成空隙，使得其傳熱速率降低，形成粗大的奧氏體晶粒，造成鑄坯的高溫力學(xué)性能降低。在出結(jié)晶器時(shí)坯殼溫度一般在1 250 ℃左右，邊角部溫度更低，而在1 250 ℃時(shí)電弧爐鋼Q355D鑄坯的收縮率只有60.9%，抗拉強(qiáng)度11.6 MPa，當(dāng)鑄坯的變形速率大于該溫度下的塑性，可能在鑄坯角部和表面出現(xiàn)裂紋源。在彎曲和矯直的過程中，振痕波谷處不斷受較集中的張力和壓力，當(dāng)鑄坯振痕波谷的形變速率大于其高溫塑性時(shí)，在振痕波谷處就會(huì)產(chǎn)生角部裂紋。因此，為了保證電弧爐鋼Q355D鑄坯應(yīng)在高溫奧氏體區(qū)進(jìn)行彎曲矯直時(shí)避免或減少角部裂紋的產(chǎn)生，要求電弧爐生產(chǎn)低合金鋼Q355D時(shí)鑄坯進(jìn)入拉矯機(jī)前的表面溫度應(yīng)≥950 ℃，且二冷區(qū)縱向和橫向噴水冷卻要均勻，降低角部冷卻速率防止鑄坯角部過冷。
圖6 Q355D斷面收縮率隨溫度變化曲線
電弧爐鋼Q355D鑄坯在不同溫度下試樣的抗拉強(qiáng)度隨溫度的變化曲線如圖7所示。在600～1 300 ℃之間，Q355D鑄坯的抗拉強(qiáng)度隨溫度的降低而逐漸升高。在1 000 ℃以上，溫度每降低100 ℃，抗拉強(qiáng)度平均升高7.2 MPa；在700～1 000 ℃之間，溫度每降低100 ℃，抗拉強(qiáng)度平均升高23.5 MPa；當(dāng)溫度降低到700 ℃之后，溫度每降低100 ℃，抗拉強(qiáng)度平均升高78.7 MPa。
圖7 電弧爐鋼Q355D抗拉強(qiáng)度隨溫度變化曲線
電弧爐鋼與轉(zhuǎn)爐鋼Q355D的高溫塑性曲線如圖8所示。在950～1 150 ℃之間，電弧爐鋼的熱塑性要優(yōu)于轉(zhuǎn)爐鋼，雖然試驗(yàn)時(shí)先將溫度加熱至1 350 ℃并保溫，但鑄坯冷卻過程中已經(jīng)形成的AlN在奧氏體晶界聚集，阻礙再次加熱過程中奧氏體長(zhǎng)大，電弧爐鋼的氮含量高于轉(zhuǎn)爐鋼。因此，同等條件下電弧爐鋼的晶粒比轉(zhuǎn)爐鋼的更細(xì)，塑性更好。當(dāng)溫度低于950 ℃時(shí)，電弧爐鋼的塑性下降幅度更大，斷面收縮率達(dá)到60%時(shí)電弧爐鋼和轉(zhuǎn)爐鋼的溫度分別為921.9 ℃、897.4 ℃，同等條件下，電弧爐鋼比轉(zhuǎn)爐鋼高出24.5 ℃。因此，在連鑄矯直過程中，電弧爐鋼的裂紋敏感性更高。
3 高溫?cái)嗫谛蚊卜治?/h2>
對(duì)鑄坯進(jìn)行高溫拉伸試驗(yàn)后，對(duì)拉斷試樣的斷口形貌進(jìn)行掃描電鏡觀察分析，1 000～1 300 ℃條件下，試樣斷口因高溫發(fā)生過熔，失去原有形貌特征。因此選取因過熔失真較小的試樣進(jìn)行分析。
圖8 電弧爐鋼與轉(zhuǎn)爐鋼Q355D的高溫塑性曲線
對(duì)650 ℃、800 ℃、950 ℃、1 250 ℃的試樣斷口形貌進(jìn)行觀察分析，如圖9所示。從形貌上看，650 ℃、950 ℃時(shí)的斷口處韌窩粗糙，對(duì)應(yīng)的面縮率也更大；1 000～1 300 ℃條件下，鑄坯在此溫度區(qū)間具有較好的塑性，斷面收縮率（高溫塑性區(qū)除外）基本在80%以上，1 250 ℃時(shí)，斷口處的韌窩光滑，對(duì)應(yīng)的塑性相對(duì)差一些。由950 ℃的斷口形貌可知，該溫度下斷口呈典型的韌窩狀，試樣在收到拉力逐漸變形，當(dāng)應(yīng)變超過臨界應(yīng)變并繼續(xù)變形的過程中，晶粒內(nèi)部形成孔洞，隨著變形量的增大，孔洞長(zhǎng)大并連接成縮頸直至斷裂，此斷裂方式為穿晶塑性斷裂。800 ℃時(shí)，此溫度處于第Ⅲ脆性區(qū)內(nèi)，試樣的斷面收縮率為30.1%，斷口呈典型的“冰糖”狀斷口，表現(xiàn)出明顯的沿晶脆性斷裂的特征，塑性較差。650 ℃時(shí)，斷口分布有眾多良好塑性的韌窩，韌窩逐漸變多，鐵素體中的夾雜物成為孔洞中心，空洞長(zhǎng)大，斷口形貌表現(xiàn)為鐵素體拉伸形成的韌窩，塑性回升。
圖9 電弧爐鋼Q355D不同溫度下的斷口形貌
4 結(jié)論
電弧爐冶煉的低合金鋼Q355D存在明顯的高溫塑性區(qū)和低溫脆性區(qū)，高溫塑性區(qū)為1 150～1 300 ℃，該區(qū)間最低斷面收縮率為60.9%；第Ⅲ脆性區(qū)為650～950 ℃，斷面收縮率在800 ℃時(shí)達(dá)到最低，為23.9%，斷口呈沿晶脆性斷裂的特征，為避免鑄坯角部裂紋的產(chǎn)生，鑄坯在矯直區(qū)的表面溫度要≥950 ℃，避開第Ⅲ脆性區(qū)間。
不同鐵耗情況下電弧爐鋼比轉(zhuǎn)爐鋼的氮含量要高0.002 0%～0.004 0%，鑄坯冷卻過程中更早形成AlN在奧氏體晶界聚集，根據(jù)高溫?zé)崴苄栽囼?yàn)，電弧爐鋼Q355D的第Ⅲ脆性區(qū)間比轉(zhuǎn)爐鋼高出24.5 ℃，電弧爐鋼的裂紋敏感性更高。
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在連鑄生產(chǎn)過程中，鑄坯角部裂紋發(fā)生的頻率增加，電弧爐鑄坯生產(chǎn)的成品材中出現(xiàn)邊部裂紋的比例為3.2%～5.8%，同比轉(zhuǎn)爐鋼邊部裂紋發(fā)生的概率增加72.3%～95.0%。電弧爐鋼鑄坯角橫裂如圖1所示，鑄坯角部裂紋主要分布在鑄坯振痕波谷處，沿鑄坯窄面和寬面延伸5～15 mm，鑄坯內(nèi)弧側(cè)的裂紋程度和數(shù)量要高于外弧側(cè)，在連鑄坯矯直過程中，振痕處成為應(yīng)力最為集中的位置，隨著矯直溫度的降低，鑄坯高溫塑性降低誘發(fā)裂紋沿振痕波谷不斷延伸，經(jīng)2800機(jī)組軋制后在鋼板表面開裂形成邊部裂紋，裂紋距邊部30～80 mm，存在邊部裂紋的鋼板需在線下進(jìn)行人工切割，造成切除廢品量增加，原有合同的寬度尺寸改變需重新生產(chǎn)，使交貨時(shí)間延長(zhǎng)，降低電弧爐鋼的綜合效益。筆者采用GLEEBLE-3800熱模擬試驗(yàn)機(jī)對(duì)電弧爐冶煉生產(chǎn)的Q355D低合金鋼連鑄板坯在600～1 350 ℃溫度區(qū)間的高溫?zé)崴苄赃M(jìn)行了研究，為該鋼種二冷工藝調(diào)整和矯直溫度的控制提供依據(jù)。
圖1 電弧爐鋼角橫裂
1 高溫?zé)崴苄栽囼?yàn)方案
1.1 試驗(yàn)鋼種工藝及成分
利用GLEEBLE-3800熱模擬試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行電弧爐生產(chǎn)低合金鋼Q355D的鑄坯熱塑性試驗(yàn)，了解鑄坯高溫的塑性變形能力和裂紋敏感位溫度區(qū)間，防止在連鑄坯矯直過程出現(xiàn)角部裂紋和橫裂紋。Q355D的生產(chǎn)工藝流程如圖2所示。安鋼100 t電弧爐采用38.2%鐵比的生產(chǎn)模式，試樣的化學(xué)成分見表1，電弧爐冶煉鋼種的Cu、Cr、Ni等殘余元素含量隨鐵比的降低而不斷增加。
表1 Q355D試樣的化學(xué)成分
圖2 Q355D的生產(chǎn)工藝流程
1.2 試樣加工方案
試驗(yàn)樣品的取樣位置和精度直接關(guān)系到試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，試樣選取時(shí)需避開鑄坯兩側(cè)三角區(qū)及中心偏析區(qū)域，在1 500 mm×200 mm鑄坯的寬度1/4區(qū)域、厚度距鑄坯表面10～60 mm的范圍內(nèi)取樣，試樣的軸向方向與鑄坯拉坯方向相同，鑄坯取樣位置如圖3所示。首先取20 mm×20 mm×200 mm的矩形試樣，然后將矩形試樣加工成為10 mm×121.5 mm，并將兩端加工15.25 mm的螺紋，如圖4所示。
圖3 鑄坯取樣位置
圖4 試樣加工
1.3 熱塑性試驗(yàn)方案
采用GLEEBLE-3800熱模擬機(jī)進(jìn)行高溫拉伸試驗(yàn)，測(cè)試的溫度范圍為600～1 350 ℃，每隔50 ℃測(cè)量一組數(shù)據(jù)。熱塑性試驗(yàn)工藝方案如圖5所示，將試樣夾持在真空度為1.33×105MPa的真空槽內(nèi)，通過大電流將其以10 ℃/s的速度從室溫加熱至1 300 ℃并保溫3 min，當(dāng)測(cè)試溫度≥1 300 ℃時(shí)以1 ℃/s的加熱速度升溫至測(cè)試溫度并保溫2 min，然后以固定的形變速率進(jìn)行高溫拉伸試驗(yàn)，當(dāng)測(cè)試溫度＜1 300 ℃時(shí)以2 ℃/s的冷卻速度降低至測(cè)試溫度并保溫2 min，然后以固定的形變速率進(jìn)行高溫拉伸試驗(yàn)。為模擬高溫下連鑄矯直區(qū)域的變形行為，熱塑性試驗(yàn)的應(yīng)變率選取1×10-3s-1。每組試樣每個(gè)溫度制度重復(fù)進(jìn)行兩次試驗(yàn)，兩次試驗(yàn)斷面收縮率值之差小于3%，取兩次試驗(yàn)結(jié)果的平均值作為該溫度制度的斷面收縮率和抗拉強(qiáng)度，若兩次試驗(yàn)結(jié)果差距較大，則進(jìn)行再次試驗(yàn)，取其中斷面收縮率值之差小于3%的試驗(yàn)結(jié)果平均值。
圖5 熱塑性試驗(yàn)工藝方案
2 高溫拉伸性能
根據(jù)試樣斷口截面積與初始試樣截面積之比作為斷面收縮率，R.A%。以測(cè)量5次斷口直徑的平均值作為斷口截面的直徑，計(jì)算斷口面積，如：
式中，R.A——斷面收縮率，%；Do——試樣初始直徑，mm；Di——試樣斷口第次測(cè)量值，mm。
當(dāng)面縮率R.A%值大于60%時(shí)，鋼不易出現(xiàn)裂紋；R.A%值處于40%～60%之間時(shí)，裂紋發(fā)生概率較低[5]；R.A%值小于40%時(shí)，裂紋敏感性大大增強(qiáng)。測(cè)量并計(jì)算不同溫度下斷口的收縮率，做出R.A-T曲線，分析鑄坯脆性區(qū)間，從而確定鑄坯合理的矯直溫度區(qū)間（第Ⅲ脆性區(qū)間）以及鑄坯的內(nèi)裂紋敏感區(qū)（第Ⅰ脆性區(qū)間）。
電弧爐鋼Q355D鑄坯在不同溫度下試樣斷面收縮率（R.A%）隨溫度的變化曲線如圖6所示。電弧爐鋼Q355D存在明顯的高溫塑性區(qū)和低溫脆性區(qū)，高溫塑性區(qū)為1 150～1 300 ℃之間，該區(qū)間最低斷面收縮率為60.9%；低溫脆性區(qū)在650～950 ℃之間，溫度小于950 ℃之后鑄坯收縮率迅速由88.1%降低至900 ℃的33.1%，斷面收縮率在800 ℃時(shí)達(dá)到最低（為23.9%），斷面收縮率低于60%的溫度范圍為661～922 ℃，斷面收縮率低于40%的溫度范圍為700～900 ℃。在結(jié)晶器中鑄坯振痕波谷處與結(jié)晶器形成空隙，使得其傳熱速率降低，形成粗大的奧氏體晶粒，造成鑄坯的高溫力學(xué)性能降低。在出結(jié)晶器時(shí)坯殼溫度一般在1 250 ℃左右，邊角部溫度更低，而在1 250 ℃時(shí)電弧爐鋼Q355D鑄坯的收縮率只有60.9%，抗拉強(qiáng)度11.6 MPa，當(dāng)鑄坯的變形速率大于該溫度下的塑性，可能在鑄坯角部和表面出現(xiàn)裂紋源。在彎曲和矯直的過程中，振痕波谷處不斷受較集中的張力和壓力，當(dāng)鑄坯振痕波谷的形變速率大于其高溫塑性時(shí)，在振痕波谷處就會(huì)產(chǎn)生角部裂紋。因此，為了保證電弧爐鋼Q355D鑄坯應(yīng)在高溫奧氏體區(qū)進(jìn)行彎曲矯直時(shí)避免或減少角部裂紋的產(chǎn)生，要求電弧爐生產(chǎn)低合金鋼Q355D時(shí)鑄坯進(jìn)入拉矯機(jī)前的表面溫度應(yīng)≥950 ℃，且二冷區(qū)縱向和橫向噴水冷卻要均勻，降低角部冷卻速率防止鑄坯角部過冷。
圖6 Q355D斷面收縮率隨溫度變化曲線
電弧爐鋼Q355D鑄坯在不同溫度下試樣的抗拉強(qiáng)度隨溫度的變化曲線如圖7所示。在600～1 300 ℃之間，Q355D鑄坯的抗拉強(qiáng)度隨溫度的降低而逐漸升高。在1 000 ℃以上，溫度每降低100 ℃，抗拉強(qiáng)度平均升高7.2 MPa；在700～1 000 ℃之間，溫度每降低100 ℃，抗拉強(qiáng)度平均升高23.5 MPa；當(dāng)溫度降低到700 ℃之后，溫度每降低100 ℃，抗拉強(qiáng)度平均升高78.7 MPa。
圖7 電弧爐鋼Q355D抗拉強(qiáng)度隨溫度變化曲線
電弧爐鋼與轉(zhuǎn)爐鋼Q355D的高溫塑性曲線如圖8所示。在950～1 150 ℃之間，電弧爐鋼的熱塑性要優(yōu)于轉(zhuǎn)爐鋼，雖然試驗(yàn)時(shí)先將溫度加熱至1 350 ℃并保溫，但鑄坯冷卻過程中已經(jīng)形成的AlN在奧氏體晶界聚集，阻礙再次加熱過程中奧氏體長(zhǎng)大，電弧爐鋼的氮含量高于轉(zhuǎn)爐鋼。因此，同等條件下電弧爐鋼的晶粒比轉(zhuǎn)爐鋼的更細(xì)，塑性更好。當(dāng)溫度低于950 ℃時(shí)，電弧爐鋼的塑性下降幅度更大，斷面收縮率達(dá)到60%時(shí)電弧爐鋼和轉(zhuǎn)爐鋼的溫度分別為921.9 ℃、897.4 ℃，同等條件下，電弧爐鋼比轉(zhuǎn)爐鋼高出24.5 ℃。因此，在連鑄矯直過程中，電弧爐鋼的裂紋敏感性更高。
3 高溫?cái)嗫谛蚊卜治?/h2>
對(duì)鑄坯進(jìn)行高溫拉伸試驗(yàn)后，對(duì)拉斷試樣的斷口形貌進(jìn)行掃描電鏡觀察分析，1 000～1 300 ℃條件下，試樣斷口因高溫發(fā)生過熔，失去原有形貌特征。因此選取因過熔失真較小的試樣進(jìn)行分析。
圖8 電弧爐鋼與轉(zhuǎn)爐鋼Q355D的高溫塑性曲線
對(duì)650 ℃、800 ℃、950 ℃、1 250 ℃的試樣斷口形貌進(jìn)行觀察分析，如圖9所示。從形貌上看，650 ℃、950 ℃時(shí)的斷口處韌窩粗糙，對(duì)應(yīng)的面縮率也更大；1 000～1 300 ℃條件下，鑄坯在此溫度區(qū)間具有較好的塑性，斷面收縮率（高溫塑性區(qū)除外）基本在80%以上，1 250 ℃時(shí)，斷口處的韌窩光滑，對(duì)應(yīng)的塑性相對(duì)差一些。由950 ℃的斷口形貌可知，該溫度下斷口呈典型的韌窩狀，試樣在收到拉力逐漸變形，當(dāng)應(yīng)變超過臨界應(yīng)變并繼續(xù)變形的過程中，晶粒內(nèi)部形成孔洞，隨著變形量的增大，孔洞長(zhǎng)大并連接成縮頸直至斷裂，此斷裂方式為穿晶塑性斷裂。800 ℃時(shí)，此溫度處于第Ⅲ脆性區(qū)內(nèi)，試樣的斷面收縮率為30.1%，斷口呈典型的“冰糖”狀斷口，表現(xiàn)出明顯的沿晶脆性斷裂的特征，塑性較差。650 ℃時(shí)，斷口分布有眾多良好塑性的韌窩，韌窩逐漸變多，鐵素體中的夾雜物成為孔洞中心，空洞長(zhǎng)大，斷口形貌表現(xiàn)為鐵素體拉伸形成的韌窩，塑性回升。
圖9 電弧爐鋼Q355D不同溫度下的斷口形貌
4 結(jié)論
電弧爐冶煉的低合金鋼Q355D存在明顯的高溫塑性區(qū)和低溫脆性區(qū)，高溫塑性區(qū)為1 150～1 300 ℃，該區(qū)間最低斷面收縮率為60.9%；第Ⅲ脆性區(qū)為650～950 ℃，斷面收縮率在800 ℃時(shí)達(dá)到最低，為23.9%，斷口呈沿晶脆性斷裂的特征，為避免鑄坯角部裂紋的產(chǎn)生，鑄坯在矯直區(qū)的表面溫度要≥950 ℃，避開第Ⅲ脆性區(qū)間。
不同鐵耗情況下電弧爐鋼比轉(zhuǎn)爐鋼的氮含量要高0.002 0%～0.004 0%，鑄坯冷卻過程中更早形成AlN在奧氏體晶界聚集，根據(jù)高溫?zé)崴苄栽囼?yàn)，電弧爐鋼Q355D的第Ⅲ脆性區(qū)間比轉(zhuǎn)爐鋼高出24.5 ℃，電弧爐鋼的裂紋敏感性更高。
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