白亮带原因分析

关于白亮带的形成，多数人认为是由于搅拌引起紊流将凝固前沿生长树枝晶间富集溶质的液体赶出所致。也有人提出，白亮带是在搅拌开始和结束时铸坯结晶生长速度变化的结果。铸坯进入搅拌区时其液芯部热量释放加快，凝固前沿温度上升而使凝固速率突减，通过搅拌区后钢液流动速度减小，热量传递回复正常，前后凝固速率变化造成结晶溶质偏差而形成白亮带。为了减弱白亮带可以采用减弱搅拌强度及延长搅拌时间的措施，但实际上由于浇注工艺是既定的，搅拌器的尺寸也是固定的，无法延长搅拌时间。只能增加搅拌器数量，而这将增加生产成本。

正在凝固的连铸钢坯进入电磁搅拌线圈后,钢坯心部未凝固的钢水因搅拌而产生流动,使原来富集溶质的枝晶间钢水的溶质含量降低,这样一来,枝晶间的钢水凝固后所得到的固体的溶质浓度也降低,从而形成了宏观的负偏析,即白亮带。因此白亮带的起始位置(外边界)位于进入搅拌线圈时钢坯的凝固前沿。由于枝晶盘根错节,枝晶间钢水的溶质浓度虽然下降了,但仍高于钢液母体的溶质浓度。因电磁搅拌造成钢水流动,经过一段时间的搅拌后凝固方向上的温度梯度变小,即枝晶间未凝固钢水的温度与凝固前沿处钢水温度接近。此时,凝固前沿处钢水的溶质浓度与钢液母体的溶质浓度一致,即凝固前沿处钢水的溶质浓度低于枝晶间钢水的溶质浓度。这使凝固前沿处的钢水比枝晶间钢水具有更大的过冷度,因此凝固前沿处的钢水先结晶,枝晶间的钢水后结晶。具体过程是: 凝固前沿处的钢水在一次枝晶的顶部凝固,并沿着凝固前沿形成一个薄壳,同时向枝晶间的钢水和钢坯心部排出热量和溶质。随后,枝晶间的钢水凝固。由于薄壳的存在,枝晶间的钢水凝固时既不能排出溶质,也不能从别处得到钢水来补缩,从而在白亮带结束处(白亮带的内边界上)形成正偏析和疏松。也就是在上述过程中形成了先发生负偏析紧接着发生正偏析的白亮带。

同样是枝晶间的钢水,在薄壳形成之前的结晶发生宏观负偏析,而在薄壳形成之后的结晶却发生宏观正偏析。这是因为在薄壳形成之前,枝晶间的钢水可以排出溶质结晶; 凝固时产生的体积收缩还可从凝固前沿吸入溶质含量较少的钢水,所以凝固后溶质含量低; 薄壳形成之后,枝晶间的钢水既不能排出溶质结晶,也无法从凝固前沿吸入溶质含量低的钢水,加上薄壳形成时还向枝晶间的钢水排出一些溶质,所以凝固后溶质含量高,造成正偏析 。

在不同位置施加电磁搅拌，白亮带表现不同，采用结晶器电磁搅拌(M—EMS)一般看不出白亮带，二冷区电磁搅拌(s—EMS)白亮带明显，凝固末端电磁搅拌(F—EMS)白亮带不明显。它的亮度随搅拌强度的增加和浇注温度的提高而增大，在热加工后仍然存在，有时会带来对机械性能的不良影响，因此成为生产厂与使用单位间的一个问题。中国连铸坯质量检验标准对白亮带还没有确切的规定。

目前,在连铸过程中广泛采用电磁搅拌来改善连铸钢坯的中心疏松和中心偏析等缺陷,并取得了良好的效果。但电磁搅拌后经常在连铸钢坯上产生白亮带。该白亮带位于连铸钢坯的横断面上,经酸浸后呈现出一个颜色较浅的亮框。在白亮带区域,平衡分配系数小于1的溶质(碳、硫等)含量较低,即发生了这些溶质的负偏析。由于碳含量低,使白亮带区域比较耐腐蚀,因此酸浸后它的颜色较浅,从而呈现为白色亮带。负偏析的程度随电磁搅拌强度的提高而增大。白亮带的外边界对应于钢坯进入搅拌区时的凝固前沿; 而它的内边界不一定对应于钢坯离开搅拌区时的凝固前沿。在白亮带的内边界(白亮带结束处)处,平衡分配系数小于1的溶质含量较高,即发生这些溶质的正偏析,其偏析程度较负偏析弱。钢坯经热加工后白亮带仍不能被消除,因此用户常认为它可能对性能不利。

要消除或减弱连铸钢坯的白亮带,首先应弄清它的形成原因,于是白亮带的形成原因已成为许多学者的研究内容。最早的解释是“冲洗溶质”机制，即电磁搅拌引起钢水流动使枝晶间富集溶质(其平衡分配系数小于1)的未凝固钢水的溶质含量下降(趋于与溶质含量较低的母液相一致) , 此后该处凝固形成的固体的溶质含量也降低,从而形成白亮带。但该机制无法解释白亮带沿凝固方向发生负偏析后紧接着又在白亮带结束处发生正偏析的现象。于是Ko r认为连铸钢坯白亮带的形成原因是:钢坯进入和离开电磁搅拌区时钢坯凝固速度的突然变慢和变快使凝固前沿钢水中的溶质分布曲线形状发生改变,从而形成了先发生负偏析,然后发生正偏析的白亮带。但该机制将钢坯凝固前沿近似视为一个平面,这似乎有些牵强,因为连铸钢坯在进入电磁搅拌线圈时是以柱状晶形态凝固的 。

本机制解释了连铸钢坯白亮带的各种特征,同时产生了一个推论: 先有负偏析,紧随其后发生正偏析的白亮带,在白亮带结束处应该有疏松现象。

连铸钢坯的白亮带上确有疏松现象。连铸钢坯取自大冶钢厂,其连铸时电磁搅拌制度为: 正转→停→反转。显示由多条白亮细带组成的方框形白亮区,区内的黑点即为疏松 。

在电磁搅拌区中,正在凝固的连铸钢坯,在凝固前沿形成一个薄壳,结果形成先有负偏析,紧随其后发生正偏析的白亮带,并在白亮带结束处产生疏松 。2100433B

高应变率下金属的形变逐渐不均匀，破坏的典型形式是形成绝热剪切带ASB，剪切带的形成伴随局部区域出现高度取向择优，通过连续式动态再结晶方式或因绝热升温再激冷发生相变形成白亮带，并继而诱发裂纹。新型高锰TRIP钢具有优异的强塑积值，优于TWIP钢的高应变量下的加工硬化能力，适合于汽车高速抗冲击结构件的应用。本申请计划从晶体学的角度、研究高速变形条件下相变诱发塑性（TRIP）过程在绝热剪切带形成中的作用及可能出现的多次增韧性。具体讲就是研究：高速下均匀变形时的TRIP行为，由TRIP组织过渡到ASB、再从ASB内组织演变直至断裂的演变规律；同时考察合金成分、初始组织、形变方式对TRIP机制下的ASB形成的影响；在理论上揭示高应变率下相变诱发塑性在绝热剪切带形成中的机理，在应用上优化出工艺参数及成分，为新型高锰TRIP钢在汽车上的应用及控制技术提供依据。