304不锈钢连铸坯的热物性研究
时间：2019-06-13
作者：无锡不锈钢板
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材料的热物性是材料的重要特征参数，对材料热物性的研究具有重要的科学意义和工程应用价值。近年来，对材料热物性的研究成为比较热门的课题。国内外一些科研机构对连铸坯高温物理性能也做了一些研究，但总体来说不够全面和深入。304不锈钢作为一种通用型奥氏体不锈钢，应用广泛。目前，国内外对304不锈钢高温物理性能的研究甚少，只在线膨胀系数方面做了一些研究，而对比热容以及高温下的热量变化涉及很少，研究内容不够全面。因此，国内某材料与冶金学院的研究者们系统地研究了304不锈钢的高温物理性能，丰富并完善了对该钢种的认识，为连铸生产及数值模拟提供了重要的理论基础数据。
在304不锈钢的连铸生产中，中间包温度应控制在1470～1510℃，拉坯速度根据铸坯宽度控制在0.9～1.3m/min，水口插入深度保证在160mm左右。对某厂生产的304不锈钢进行高温热物性测试，材料的主要化学成分见下表:
表1 304不锈钢的化学成分（质量分数，%）
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C
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Si
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Mn
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P
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S
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Cr
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Ni
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0.040
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0.45
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1.18
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0.030
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0.003
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17.245
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8.112
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使用NETZSCH DIL402C热膨胀仪与STA449F3综合热分析仪，对3304不锈钢的高温膨胀与收缩系数、定压热容及差示扫描量热（DSC）曲线进行测试。测试结果如下：
（1）热膨胀试验表明：304不锈钢在升温过程中膨胀系数的范围为20.9700×10-6～21.5712×10-6K-1；降温过程中收缩系数范围为21.2528×10-6～21.9471×10-6K-1。膨胀系数及收缩系数较大，属裂纹敏感性钢种。
（2）定压热容试验表明：304不锈钢在900～1400℃升温过程中，曲线波动幅度较大，存在晶型转变；降温时曲线较平缓，物质本身无太大变化；在1279.2℃时304不锈钢发生突变，有相变产生；在结晶器上部温度1250～1400℃范围内，铸坯稳定性较差，易产生缺陷。
（3）DSC试验结果表明：加热过程中，在1420.8℃有明显吸热峰，试样开始熔化，峰值温度为1438.86℃；降温过程中，1439℃时存在明显的放热峰，试样开始凝固，峰值温度为1435.6℃；在1439～1100℃降温过程中，曲线不平滑，热稳定性较差，初始坯壳生长不均匀，铸坯易产生裂纹。