一种通过原位观察来制定高碳钢连铸冷却参数的实验方法技术

一种通过原位观察来制定高碳钢连铸冷却参数的实验方法，将高碳钢样品加工成直径为4～7mm，高度为4～6mm的圆柱试样，试样打磨与抛光后放入高温共聚焦激光显微镜加热腔的氧化铝坩埚内，腔内抽真空后通入纯氩气、氮气或氦气；以120～240℃/min将试样升温至800℃，然后再按5～50℃/min升至1390～1450℃最高温度，保温1.5～10min，完成后，将试样以30～300℃/min冷却至1000℃，该过程中采用原位观察显微镜对试样进行观察，最后将试样缓冷至室温后从高温共聚焦激光显微镜的加热腔内取出，放入常温金相显微镜下观察其凝固组织，即，对不同冷却速率下的试样进行原位观察。

An experimental method to determine the cooling parameters of high carbon steel continuous casting by in-situ observation

【技术实现步骤摘要】
一种通过原位观察来制定高碳钢连铸冷却参数的实验方法
本专利技术涉及钢铁冶金的连铸控制领域，尤其涉及一种通过原位观察来制定高碳钢连铸冷却制度的方法。
技术介绍
目前，在各家钢铁冶金生产企业在生产各类钢铁产品过程中广泛使用了连铸技术，连铸即为连续铸钢的简称，与传统方法相比，连铸技术具有大幅提高金属收得率和铸坯质量，节约能源等显著优势。而连铸实质上就是钢水在特定条件下的凝固过程，其热量传递贯穿于连铸过程的始终。其中，结晶器是整个连铸系统中最关键的部件，被认为是连铸机的心脏。结晶器内流动的钢水通过坯壳、渣膜、气隙把热量传递给结晶器，热量再由冷却水对流换热带走，以使结晶器的铜壁保持适当的温度，防止铜再结晶使其硬度和强度降低从而导致结晶器变形。从热量传递的角度讲，如果传热速率过快且不均匀，则过大的热应力可能引起铸坯裂纹。而现有技术下的连铸结晶器冷却速率大都基于半经验公式或数值模拟估算，缺乏一套完善的实验研究方法。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供了一种通过原位观察来制定高碳钢连铸冷却参数的实验方法，与现有技术相比，本专利技术实现了对连铸冷却速率采用原位观察实验进行设定，为连铸冷却速率及铸坯质量保证提供技术信息。本专利技术的一种通过原位观察来制定高碳钢连铸冷却参数的实验方法，其具体步骤如下所述：1.一种通过原位观察来制定高碳钢连铸冷却参数的实验方法，包括待测的高碳钢样品，其具体步骤如下所述：1)将待测的高碳钢样品采用线切割加工成圆柱试样，该试样直径为4～7mm，高度为4～6mm；2)将试样经过砂纸打磨与抛光后，放入高温共聚焦激光显微镜的加热腔的氧化铝坩埚内，腔内抽真空后通入纯氩气、氮气或氦气，保护试样不被氧化。上述步骤为制备高温共聚焦激光显微镜观察试样的常规方法，该方法可已在保护气氛下加热实验，确保试样内的活泼元素不被进一步氧化或吸氮。3)以120～240℃/min的升温速率将试样升温至800℃，然后再按5～50℃/min的升温速率升至最高温度，该最高温度范围1390～1450℃，在最高温度下保温1.5～10min，用于模拟钢水在中间包停留时间；4)步骤3)完成后，将试样以30～300℃/min的降温速率冷却至1000℃，模拟不同的连铸结晶器冷却速率；5)上述步骤3)和4)中采用原位观察显微镜对试样进行观察，观察等轴晶和柱状晶的生长，显微镜的放大倍数为100倍至500倍；上述步骤5)是为了便于高温条件下观察等轴晶和柱状晶的生长，显微镜的放大倍数低于100倍，则难以观察到等轴晶，如果显微镜的放大倍数大于500倍，则观察视场太小，很难观察到完整的柱状晶。6)将试样缓冷至室温；上述步骤3)、4)、6)的解释说明如下：步骤3)中本专利技术要求试样温度在800℃前采用快速升温方式，为常规操作，目的是为了节约实验时间。而当温度超过800℃后，采用缓慢升温方式，为了方便观察试样的熔化过程。如果升温速率过慢低于5℃/min，则实验时间较长；如果升温速率过快高于50℃/min，则试样可能在熔化过程变形过快，影响实验结果。如最高温度低于1390℃，试样熔化不充分；而最高温度高于1450℃，热度过高导致试样偏析和疏松。本专利技术要求在最高温度下保温1.5～10min，其目的是参照连铸钢水在中间包停留时间一致，如果保温时间低于1.5min，钢水混匀时间不够；如果保温时间大于10min，承载试样的坩埚耐材物质会有污染钢水、加热灯丝存在熔断的风险。步骤4)中试样在最高温度以30～300℃/min冷却速率范围主要是参照连铸结晶器的冷却速率，冷却至1000℃是因为连铸高碳钢结晶器出口处铸坯温度高于1000℃。步骤6)中最后缓冷到常温，属于常规操作，不需要额外增加实验成本。7)将试样从高温共聚焦激光显微镜的加热腔内取出，放入常温金相显微镜下观察其凝固组织，即，在不同实验条件下，对不同冷却速率下的试样进行原位观察；8)步骤7)中常温金相显微镜的放大倍数为50倍至1000倍；9)步骤7)观察完毕，实验结束。根据本专利技术的一种通过原位观察来制定高碳钢连铸冷却参数的实验方法，其特征在于，所述的步骤1)中待测的高碳钢样品的含碳量质量分数为0.80～1.70％。根据本专利技术的一种通过原位观察来制定高碳钢连铸冷却参数的实验方法，其特征在于，所述的步骤2)中坩埚的材质可选为铂金；根据本专利技术的一种通过原位观察来制定高碳钢连铸冷却参数的实验方法，其特征在于，所述的步骤6)结束后，将试样用特殊滤纸包裹，确保常温下的试样不被外界污染。另外，本方法还可以对普碳钢、不锈钢等钢种加工成的试样进行原位观察，对这些钢种进行原位观察时，步骤3)的加热最高温度范围为高出其液相线温度30～100℃。使用本专利技术的一种通过原位观察来制定高碳钢连铸冷却参数的实验方法获得了如下有益效果：1.本专利技术的一种通过原位观察来制定高碳钢连铸冷却参数的实验方法，实现了对高碳钢连铸结晶器内钢液凝固行为的原位观察，得到了不同冷却速率的凝固演化过程；2.本专利技术的一种通过原位观察来制定高碳钢连铸冷却参数的实验方法，在其原位观察过程中能确保试样不受污染，且整个实验方法简单、操作性强，实验结果可靠，为连铸结晶器冷却制度和解决铸坯凝固初期缺陷行为提供了有益信息。附图说明图1为本专利技术的一种通过原位观察来制定高碳钢连铸冷却参数的实验方法的实施例1的冷却速率为300℃/min的金相图；图2为本专利技术的一种通过原位观察来制定高碳钢连铸冷却参数的实验方法的实施例2的冷却速率为60℃/min的金相图；图3为本专利技术的一种通过原位观察来制定高碳钢连铸冷却参数的实验方法的实施例3的冷却速率为30℃/min的金相图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术的一种通过原位观察来制定高碳钢连铸冷却参数的实验方法做进一步的描述。实施例11)将含碳量0.8％的高碳钢样品线切割加工成圆柱形试样，试样直径4mm，高5mm，试样经砂纸打磨与抛光后，放入高温共聚焦激光显微镜的加热腔的氧化铝坩埚内，腔内抽真空后通入纯氩气保护样品不被氧化；2)按120℃/min的升温速率将试样升温至800℃，然后再按5℃/min的升温速率升至最高温度，最高温度范围1390℃，在最高温度下保温10min；最后再以300℃/min冷却至1000℃，最后缓冷至室温；3)试样从高温共聚焦激光显微镜的加热腔内取出后，放入常温金相显微镜下观察凝固组织，如图1所示，在300℃/min强冷时，初始阶段便开始出现极大的过冷度，大量新核新城，稳定生长阶段枝晶生长较快，溶质扩散不充分，后期残余的液相较少并且被大量已长成的枝晶分割得较为细碎。实施例2从高碳钢成品中取样后，本实施例步骤如下：1)将含碳量1.2％的高碳钢样品线切割加工成圆柱形试样，试样直径5mm，高6mm，试样经砂纸打磨与抛光后，放入高温共聚本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种通过原位观察来制定高碳钢连铸冷却参数的实验方法，包括待测的高碳钢样品，其具体步骤如下所述：/n1)将待测的高碳钢样品采用线切割加工成圆柱试样，该试样直径为4～7mm，高度为4～6mm；/n2)将试样经过砂纸打磨与抛光后，放入高温共聚焦激光显微镜的加热腔的氧化铝坩埚内，腔内抽真空后通入纯氩气、氮气或氦气，保护试样不被氧化。/n3)以120～240℃/min的升温速率将试样升温至800℃，然后再按5～50℃/min的升温速率升至最高温度，该最高温度范围1390～1450℃，在最高温度下保温1.5～10min，用于模拟钢水在中间包停留时间；/n4)步骤3)完成后，将试样以30～300℃/min的降温速率冷却至1000℃，模拟不同的连铸结晶器冷却速率；/n5)上述步骤3)和4)中采用原位观察显微镜对试样进行观察，观察等轴晶和柱状晶的生长，显微镜的放大倍数为100倍至500倍；/n6)将试样缓冷至室温；/n7)将试样从高温共聚焦激光显微镜的加热腔内取出，放入常温金相显微镜下观察其凝固组织，即，在不同实验条件下，对不同冷却速率下的试样进行原位观察；/n8)步骤7)中常温金相显微镜的放大倍数为50倍至1000倍；/n9)步骤7)观察完毕，实验结束。/n...

【技术特征摘要】
1.一种通过原位观察来制定高碳钢连铸冷却参数的实验方法，包括待测的高碳钢样品，其具体步骤如下所述：
1)将待测的高碳钢样品采用线切割加工成圆柱试样，该试样直径为4～7mm，高度为4～6mm；
2)将试样经过砂纸打磨与抛光后，放入高温共聚焦激光显微镜的加热腔的氧化铝坩埚内，腔内抽真空后通入纯氩气、氮气或氦气，保护试样不被氧化。
3)以120～240℃/min的升温速率将试样升温至800℃，然后再按5～50℃/min的升温速率升至最高温度，该最高温度范围1390～1450℃，在最高温度下保温1.5～10min，用于模拟钢水在中间包停留时间；
4)步骤3)完成后，将试样以30～300℃/min的降温速率冷却至1000℃，模拟不同的连铸结晶器冷却速率；
5)上述步骤3)和4)中采用原位观察显微镜对试样进行观察，观察等轴晶和柱状晶的生长，显微镜的放大倍数为100倍至500倍...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭亮亮，周灿栋，徐正其，张立，姚雷，郑芳，
申请(专利权)人：宝钢特钢有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31