第34卷第3期鋼搖鐵搖釩搖鈦Vol.34,No.32013年6月?lián)u搖搖搖搖搖搖搖搖搖搖IRONSTEEL搖搖搖搖搖搖搖搖搖搖搖搖不同碳化物導(dǎo)熱系數(shù)隨氣溫變化規(guī)律的研究蒙玉勇,王建軍,周搖俐,王向紅(四川工業(yè)學(xué)院冶金與資源大學(xué),江蘇南京)#摘搖要:為了系統(tǒng)了解不同碳化物導(dǎo)熱系數(shù)隨氣溫變化規(guī)律,采用閃射法測(cè)出08A、35K、45、GCr15四種鋼在28~1060益區(qū)間的導(dǎo)熱系數(shù),通過(guò)繪圖剖析總結(jié)其規(guī)律。結(jié)果表明,不同碳化物在同一氣溫下導(dǎo)熱系數(shù)不同,常溫下,高不銹鋼的導(dǎo)熱系數(shù)值高于低碳鋼,說(shuō)明碳濃度影響導(dǎo)熱系數(shù)值。同一碳化物不同水溫下導(dǎo)熱系數(shù)不同。所有碳化物的導(dǎo)熱系數(shù)在相變點(diǎn)(700~800益)之前都隨氣溫的下降而減少,相變點(diǎn)以后隨氣溫的下降而下降。關(guān)鍵詞:碳化物;導(dǎo)熱系數(shù);熱擴(kuò)散系數(shù);氣溫中圖分類號(hào):TG113.22搖搖文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A搖搖文章編號(hào):1004-7638(2013)03-0097-04DOI:10.7513/j.issn.1004-7638.2013.03.onandinKindsof,Wang,ZhouLi,Wang(ofand,Anhuiof,Ma憶,Anhui,China):ra鄄turein,#5益to1060益.,,35K,45andbethathaveatthesame,andat,ty鄄鄄,whichthe鄄hasanontheof;tures.kindsofsteelwiththeofbelowphase(700~800益),andthenwiththeabove.Keywords:steelgrade,,,氣溫的變化規(guī)律是必要的。
然而目前關(guān)于不同碳化物0搖前言在不同水溫下導(dǎo)熱系數(shù)變化規(guī)律的文獻(xiàn)甚少,致使搖搖在板坯過(guò)程中,鋼的導(dǎo)熱系數(shù)對(duì)確定相應(yīng)的工好多工藝參數(shù)只能借助經(jīng)驗(yàn)來(lái)確定。藝參數(shù),如二冷比水量等有重要的影響,非常是在連基于以上緣由,筆者探求了不同碳化物以及同種鑄數(shù)值模擬過(guò)程中,鋼在不同水溫下的導(dǎo)熱系數(shù)是鋼不同水溫下的導(dǎo)熱系數(shù)變化,希望得到相應(yīng)的變必須曉得的重要物性參數(shù)之一;另外在熱處理過(guò)程化規(guī)律,為板坯二熱水配置、輕壓下等技術(shù)提供理論中了解相應(yīng)材料的熱物性參數(shù),非常是導(dǎo)熱系數(shù)開朗數(shù)據(jù)支持。搖搖收稿日期:2012-11-02作者簡(jiǎn)介:蒙玉勇(1986—),男,漢族,江蘇華亭人,碩士研究生,主要從事冶煉脫氧及鋼水板坯的研究。·98·搖搖搖搖搖搖搖搖搖搖搖搖搖鋼鐵釩鈦搖搖搖搖搖搖搖搖搖搖搖搖搖2013年第34卷?yè)u搖搖由于直接檢測(cè)導(dǎo)熱系數(shù),檢測(cè)設(shè)備、試樣制備比復(fù)性。本試驗(yàn)采用激光閃光法來(lái)檢測(cè)不同坯料的較復(fù)雜,所以本試驗(yàn)先檢測(cè)坯料的熱擴(kuò)散系數(shù),再通導(dǎo)熱系數(shù)。過(guò)激光導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)溫儀輸入已查出或推出的比熱及1搖試驗(yàn)材料與方式相應(yīng)公式進(jìn)行估算。
到目前為止,檢測(cè)熱擴(kuò)散系數(shù)時(shí),使用最流1.1搖試驗(yàn)材料行和最普遍的儀器是激光閃光儀。在世界范圍依照碳化物的含碳量、性質(zhì)、用途選擇幾種代表不內(nèi),對(duì)熱擴(kuò)散系數(shù)的檢測(cè)中恐怕超過(guò)80%使用同類別的碳化物進(jìn)行研究,為了得到普遍性規(guī)律。本#到這些瞬時(shí)技術(shù)。與導(dǎo)熱系數(shù)的直接檢測(cè)相比試驗(yàn)選擇了08A、35K、45、GCr15四種鋼,對(duì)其導(dǎo)熱較,后者的優(yōu)勢(shì)在于試樣制備簡(jiǎn)單、試樣規(guī)格系數(shù)進(jìn)行了檢測(cè)。各碳化物的主要物理成份如表1小、適用于開闊的擴(kuò)散率范圍以及高精確性和重所示。表1搖不同碳化物的主要物理成份Table1搖Theofkindsofsteel%碳化物08A0.05~0.12臆0.030.20~0.50臆0.035臆0.0350.02~0.0735K0.35~0.500.17~0.370.50~0.80臆0.035臆0.035臆0.25臆0.25臆0.2545#0.42~0.500.17~0.370.50~0.80臆0.035臆0.035臆0.25臆0.25臆0.25GCr150.90~1.050.15~0.350.25~0.45臆0.225臆0.0251.40~1.66臆0.25臆0.301.2搖試驗(yàn)方式及原理應(yīng)氣溫下的比熱才能測(cè)出熱擴(kuò)散系數(shù)和導(dǎo)熱系數(shù)。
測(cè)定導(dǎo)熱系數(shù)時(shí),常用的方式之一是依據(jù)熱擴(kuò)散試驗(yàn)儀器:激光導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)溫儀(),包系數(shù)(a)、比熱(C)、密度(籽)與導(dǎo)熱系數(shù)之間的關(guān)系括:檢測(cè)部份,濕度控制器,計(jì)算機(jī)系統(tǒng),循環(huán)恒溫水p得到的。通過(guò)激光導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)溫儀檢測(cè)在設(shè)定氣溫浴,激光能源單元,電源單元。T(恒溫條件)下,由激光源(或閃光氙氣)在頓時(shí)發(fā)射1.3搖試樣制備及儀器操作一束光脈沖,均勻照射在樣品下表面,使其表層吸收用線切割及機(jī)床將四種鋼的線材或坯料加工成光能后氣溫瞬時(shí)下降比熱容公式溫度的關(guān)系,并作為熱端將能量以一維熱傳半徑12.7mm左右,長(zhǎng)度2.5mm左右的小圓錐體,導(dǎo)形式向冷端(上表面)傳播。使用紅外測(cè)量器連續(xù)分別用60、200、600、1000目的砂紙打磨試樣兩面,[1]使試樣光滑,干燥保存。檢測(cè)上表面中心部位的相應(yīng)升溫過(guò)程,即閃光法,得到熱擴(kuò)散系數(shù)。按照已知的密度和相應(yīng)氣溫下的試驗(yàn)時(shí)先打開恒溫水浴半小時(shí),之后掏出試樣比熱通過(guò)式(1)來(lái)估算導(dǎo)熱系數(shù):噴碳處理后加入激光導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)溫儀()爐姿(T)=a(T)·籽(T)·C(T)(1)內(nèi),分兩次做完四個(gè)試樣,第一次放入08A和35KP熱擴(kuò)散系數(shù)檢測(cè)方式如下:試樣,在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中設(shè)定好試樣名稱,試樣鍍層,首先通過(guò)激光脈沖對(duì)圓錐體試樣的前表面進(jìn)行對(duì)應(yīng)碳化物密度,輸入比熱,輸入須要檢測(cè)氣溫范圍均勻加熱,檢測(cè)試樣反面氣溫的下降,之后對(duì)氣溫/28~1060益(LFA457上限氣溫為1100益)等。
時(shí)間進(jìn)行物理剖析。試驗(yàn)程序設(shè)定好以后,給爐體內(nèi)加入液氮(液氮冷熱擴(kuò)散系數(shù)a通過(guò)式(2)估算:卻,激光高溫下測(cè)溫確切度高),按開始檢測(cè),試驗(yàn)a=0郾1388d2/t0郾5(2)開始,大概12h后,試驗(yàn)結(jié)束,打開剖析軟件進(jìn)行分#式中搖d—試樣的長(zhǎng)度,mm;析,導(dǎo)入數(shù)據(jù)。第二次放入45和GCr15重復(fù)第一t—試樣頭部體溫下降50%所需時(shí)間,s。次操作,得到數(shù)據(jù)。0.5上述檢測(cè)采用更為精確的方式(直接、快速地2搖試驗(yàn)數(shù)據(jù)檢測(cè)時(shí)間以及對(duì)應(yīng)的氣溫下降),代替了對(duì)復(fù)雜的#熱物性參數(shù)(如絕對(duì)的氣溫下降或熱量)的檢測(cè)。搖搖08A、35K、45、GCr15四種碳化物對(duì)應(yīng)的密度、試這些方式檢測(cè)時(shí)試樣幾何結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸小、易于加樣的實(shí)際規(guī)格如表2所示。試驗(yàn)過(guò)程中向爐體內(nèi)通工、測(cè)速快、設(shè)備使用便捷。只要查出碳化物密度和相入高純氬保護(hù),確保試驗(yàn)過(guò)程中試樣不發(fā)霉,提升試搖第3期搖搖搖搖搖搖搖搖搖搖搖搖搖搖搖搖搖搖搖搖搖搖搖搖蒙玉勇,等:不同碳化物導(dǎo)熱系數(shù)隨氣溫變化規(guī)律的研究·99·#驗(yàn)數(shù)據(jù)的確切率,減少偏差。
具體操作見1.3試樣表5搖45的熱物性參數(shù)制備及儀器操作,得到相應(yīng)氣溫下的比熱、導(dǎo)熱系搖of45#數(shù)、熱擴(kuò)散系數(shù)如表3~6(每位氣溫段有三組數(shù)值,氣溫/益熱擴(kuò)散系數(shù)/導(dǎo)熱系數(shù)/比熱/2-1-1-1(mm·s)[W·(m·K)][J·(g·K)]表中顯示的是各氣溫段的平均數(shù)值)所示。2813.88150.2150..79946.4100.477表2搖四種鋼試樣的試驗(yàn)參數(shù)20011.51443.9330.搖Theof.19840.2300.steel搖搖搖搖4008.70735.7390.540密度/保護(hù)氣流量/試樣平均試樣平均5007.37131.2080.557碳化物-3-1半徑/mm長(zhǎng)度/.06527.0190.586(kg·m)(mL·min)08A7.6402..12219.4330..6972..32716.5100.65345#7.7002..34517.5220.689.6723..79715.2710..15528.0490..20527.9610.703表3搖08A的熱物性參數(shù)9005.52629.5220.搖.91431.2380.695熱擴(kuò)散系數(shù)/導(dǎo)熱系數(shù)/比熱/10605.94631.1800.690氣溫/益2-1-1-1](mm·s)[W·(m·K)][J·(g·K)2817.60766.9400..94860.6880.486表6搖GCr15的熱物性參數(shù)20013.72953.9680.搖of.71947.7490.519熱擴(kuò)散系數(shù)/導(dǎo)熱系數(shù)/比熱/水溫/益4009.78841.3890.5402-1-1-1](mm·s)[W·(m·K)][J·(g·K)5008.02135.2400..83346.6470..42229.6990..99043.6240..69323.0810..25243.1040..15620.8790..46743.2140..27716.8280..53142.1640..16616.7500..62139.9800..05116.2960..59735.4020..92421.4240..33728.0370..11522.6510..50122.3850..02527.3450..01519.2160..24528.5500..63329.1870..73029.5530.800表4搖35K的熱物性參數(shù)8605.03130.3870.搖of35K9005.33531.4250..43030.7470.725熱擴(kuò)散系數(shù)/導(dǎo)熱系數(shù)/比熱/水溫/益10604.79527.2270.7272-1-1-1(mm·s)[W·(m·K)][J·(g·K)]2814.22652.8810..17649.0940..77246.1560.5023搖結(jié)果剖析30010.35541.9770..89537.5160.540搖搖依照表3~6數(shù)據(jù),分別將各碳化物不同水溫下的5007.47332.5140.557熱擴(kuò)散系數(shù)、導(dǎo)熱系數(shù)、比熱畫圖,如圖1~3所示。
6006.08527.8540..46621.6410.620可以看出這四種鋼在不同水溫下熱擴(kuò)散系數(shù)、導(dǎo)熱系7203.64818.6040.653數(shù)是不同的。四種鋼的熱擴(kuò)散系數(shù)、導(dǎo)熱系數(shù)都是先7404.33723.3490.689隨氣溫的下降而減少,等到了一定濕度時(shí)(700~.97327.9010..01428.0340.716益),再隨氣溫的下降而下降。發(fā)生這一現(xiàn)象的主要8605.33429.4460.707緣由是在700~800益發(fā)生了相變,即共析反應(yīng)。其9005.60430.7700..84531.7250.695中08A的相變點(diǎn)在760益左右,35K和45#鋼的相變點(diǎn)10605.99332.2930.690在720益左右,GCr15的相變點(diǎn)在740益左右。·100·搖搖搖搖搖搖搖搖搖搖搖搖搖鋼鐵釩鈦搖搖搖搖搖搖搖搖搖搖搖搖搖2013年第34卷?yè)u高的Cr,影響導(dǎo)熱系數(shù)變化規(guī)律,相變點(diǎn)之前導(dǎo)熱系數(shù)增加平緩,在400~700益導(dǎo)熱系數(shù)反倒低于其他含碳量低的碳化物。
含碳量接近的碳化物其導(dǎo)熱系數(shù)#和熱擴(kuò)散系數(shù)也接近,如35K和45鋼的熱擴(kuò)散系數(shù)和導(dǎo)熱系數(shù)曲線幾乎重合;說(shuō)明碳化物成份,尤其碳濃度影響其導(dǎo)熱系數(shù)。相變點(diǎn)以后,在同一氣溫下,含碳量越高熱擴(kuò)散系數(shù)和導(dǎo)熱系數(shù)也越低,即08A的含碳量最低,熱擴(kuò)散系數(shù)和導(dǎo)熱系數(shù)最低。說(shuō)明相變前含碳量低的碳化物隨氣溫下降導(dǎo)熱系數(shù)和熱擴(kuò)散系數(shù)增加的快,相變以后隨氣溫繼續(xù)下降,上升的#慢。GCr15在相變點(diǎn)之前導(dǎo)熱系數(shù)比其他碳化物增長(zhǎng)圖1搖08A、35K、45、GCr15的熱擴(kuò)散系數(shù)與氣溫關(guān)系Fig.1搖[2]的平緩。#in,35K,45andGCr15試驗(yàn)所得到的碳化物導(dǎo)熱系數(shù)隨氣溫變化的數(shù)值[2-4]及其規(guī)律符合有關(guān)資料提供的推論。圖3表示比熱隨氣溫變化值,其值是在相關(guān)手[3]冊(cè)上查出作為已知量來(lái)使用的。碳化物的比熱在700~800益共析反應(yīng)相變點(diǎn)之前,比熱隨氣溫下降而降低;相變點(diǎn)以后,隨氣溫的下降而減少。部份比熱數(shù)值查不到,根據(jù)規(guī)律恐怕的數(shù)值,有偏差,可能導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果與真實(shí)值存在差別。
按照試驗(yàn)所得的導(dǎo)熱系數(shù)變化規(guī)律,可以將其應(yīng)用于碳化物熱處理及鋼水連續(xù)鑄造過(guò)程中。在板坯過(guò)程中鋼液由液態(tài)到固液兩相區(qū)再到液相區(qū)變化,#圖2搖08A、35K、45、GCr15鋼的導(dǎo)熱系數(shù)與氣溫關(guān)系其體溫由1600益左右的鋼水,經(jīng)過(guò)結(jié)晶器、足輥Fig.2搖The段、二冷段、空冷段的冷卻,最終產(chǎn)生常溫下的板坯#in,35K,45andGCr15坯,此過(guò)程中板坯坯的表面水溫跨徑大,因而須要不同水溫下的導(dǎo)熱系數(shù)數(shù)值,以滿足連續(xù)鑄造的須要。應(yīng)用本試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果及規(guī)律估算連續(xù)鑄造二熱水配比,確定板坯過(guò)程中各段合適的冷卻水流量,以降低表面裂縫、凹坑等缺陷,進(jìn)而優(yōu)化板坯坯冷卻質(zhì)量,為得到優(yōu)質(zhì)的板坯坯奠定基礎(chǔ)。4搖推論搖搖1)鋼在不同水溫下導(dǎo)熱系數(shù)不同比熱容公式溫度的關(guān)系,在共析反應(yīng)相變點(diǎn)氣溫之前隨著氣溫的下降,鋼的導(dǎo)熱系數(shù)增加;在相變點(diǎn)以后,鋼的導(dǎo)熱系數(shù)隨氣溫的下降而#圖3搖08A、35K、45、GCr15種鋼的比熱與氣溫關(guān)系下降。Fig.3搖Theheat#2)不同種鋼在同一氣溫下導(dǎo)熱系數(shù)不同,相變in,35K,45andGCr15點(diǎn)之前,含碳量高的碳化物導(dǎo)熱系數(shù)低;相變點(diǎn)以后,搖搖不同種鋼同一氣溫下的熱擴(kuò)散系數(shù)、導(dǎo)熱系數(shù)含碳量高的碳化物導(dǎo)熱系數(shù)高。不同。相變點(diǎn)之前,在同一氣溫下含碳量越高的鋼3)含碳量接近的碳化物,它們的導(dǎo)熱系數(shù)及其變種熱擴(kuò)散系數(shù)越低,即GCr15的含碳量最高,熱擴(kuò)化規(guī)律也接近。散系數(shù)最低;導(dǎo)熱系數(shù)因?yàn)镚Cr15成份中有濃度較(下轉(zhuǎn)第106頁(yè))
