第34卷第3期钢摇铁摇钒摇钛Vol.34,No.32013年6月摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇IRONSTEEL摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇不同碳化物导热系数随气温变化规律的研究蒙玉勇,王建军,周摇俐,王向红(四川工业学院冶金与资源大学,江苏南京)#摘摇要:为了系统了解不同碳化物导热系数随气温变化规律,采用闪射法测出08A、35K、45、GCr15四种钢在28~1060益区间的导热系数,通过绘图剖析总结其规律。结果表明,不同碳化物在同一气温下导热系数不同,常温下,高不锈钢的导热系数值高于低碳钢,说明碳浓度影响导热系数值。同一碳化物不同水温下导热系数不同。所有碳化物的导热系数在相变点(700~800益)之前都随气温的下降而减少,相变点以后随气温的下降而下降。关键词:碳化物;导热系数;热扩散系数;气温中图分类号:TG113.22摇摇文献标志码:A摇摇文章编号:1004-7638(2013)03-0097-04DOI:10.7513/j.issn.1004-7638.2013.03.onandinKindsof,Wang,ZhouLi,Wang(ofand,Anhuiof,Ma忆,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,,,气温的变化规律是必要的。
然而目前关于不同碳化物0摇前言在不同水温下导热系数变化规律的文献甚少,致使摇摇在板坯过程中,钢的导热系数对确定相应的工好多工艺参数只能借助经验来确定。艺参数,如二冷比水量等有重要的影响,非常是在连基于以上缘由,笔者探求了不同碳化物以及同种铸数值模拟过程中,钢在不同水温下的导热系数是钢不同水温下的导热系数变化,希望得到相应的变必须晓得的重要物性参数之一;另外在热处理过程化规律,为板坯二热水配置、轻压下等技术提供理论中了解相应材料的热物性参数,非常是导热系数开朗数据支持。摇摇收稿日期:2012-11-02作者简介:蒙玉勇(1986—),男,汉族,江苏华亭人,硕士研究生,主要从事冶炼脱氧及钢水板坯的研究。·98·摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇钢铁钒钛摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇2013年第34卷摇摇摇由于直接检测导热系数,检测设备、试样制备比复性。本试验采用激光闪光法来检测不同坯料的较复杂,所以本试验先检测坯料的热扩散系数,再通导热系数。过激光导热系数测温仪输入已查出或推出的比热及1摇试验材料与方式相应公式进行估算。
到目前为止,检测热扩散系数时,使用最流1.1摇试验材料行和最普遍的仪器是激光闪光仪。在世界范围依照碳化物的含碳量、性质、用途选择几种代表不内,对热扩散系数的检测中恐怕超过80%使用同类别的碳化物进行研究,为了得到普遍性规律。本#到这些瞬时技术。与导热系数的直接检测相比试验选择了08A、35K、45、GCr15四种钢,对其导热较,后者的优势在于试样制备简单、试样规格系数进行了检测。各碳化物的主要物理成份如表1小、适用于开阔的扩散率范围以及高精确性和重所示。表1摇不同碳化物的主要物理成份Table1摇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摇试验方式及原理应气温下的比热才能测出热扩散系数和导热系数。
测定导热系数时,常用的方式之一是依据热扩散试验仪器:激光导热系数测温仪(),包系数(a)、比热(C)、密度(籽)与导热系数之间的关系括:检测部份,湿度控制器,计算机系统,循环恒温水p得到的。通过激光导热系数测温仪检测在设定气温浴,激光能源单元,电源单元。T(恒温条件)下,由激光源(或闪光氙气)在顿时发射1.3摇试样制备及仪器操作一束光脉冲,均匀照射在样品下表面,使其表层吸收用线切割及机床将四种钢的线材或坯料加工成光能后气温瞬时下降比热容公式温度的关系,并作为热端将能量以一维热传半径12.7mm左右,长度2.5mm左右的小圆锥体,导形式向冷端(上表面)传播。使用红外测量器连续分别用60、200、600、1000目的砂纸打磨试样两面,[1]使试样光滑,干燥保存。检测上表面中心部位的相应升温过程,即闪光法,得到热扩散系数。按照已知的密度和相应气温下的试验时先打开恒温水浴半小时,之后掏出试样比热通过式(1)来估算导热系数:喷碳处理后加入激光导热系数测温仪()炉姿(T)=a(T)·籽(T)·C(T)(1)内,分两次做完四个试样,第一次放入08A和35KP热扩散系数检测方式如下:试样,在计算机系统中设定好试样名称,试样镀层,首先通过激光脉冲对圆锥体试样的前表面进行对应碳化物密度,输入比热,输入须要检测气温范围均匀加热,检测试样反面气温的下降,之后对气温/28~1060益(LFA457上限气温为1100益)等。
时间进行物理剖析。试验程序设定好以后,给炉体内加入液氮(液氮冷热扩散系数a通过式(2)估算:却,激光高温下测温确切度高),按开始检测,试验a=0郾1388d2/t0郾5(2)开始,大概12h后,试验结束,打开剖析软件进行分#式中摇d—试样的长度,mm;析,导入数据。第二次放入45和GCr15重复第一t—试样头部体温下降50%所需时间,s。次操作,得到数据。0.5上述检测采用更为精确的方式(直接、快速地2摇试验数据检测时间以及对应的气温下降),代替了对复杂的#热物性参数(如绝对的气温下降或热量)的检测。摇摇08A、35K、45、GCr15四种碳化物对应的密度、试这些方式检测时试样几何结构简单、尺寸小、易于加样的实际规格如表2所示。试验过程中向炉体内通工、测速快、设备使用便捷。只要查出碳化物密度和相入高纯氩保护,确保试验过程中试样不发霉,提升试摇第3期摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇蒙玉勇,等:不同碳化物导热系数随气温变化规律的研究·99·#验数据的确切率,减少偏差。
具体操作见1.3试样表5摇45的热物性参数制备及仪器操作,得到相应气温下的比热、导热系摇of45#数、热扩散系数如表3~6(每位气温段有三组数值,气温/益热扩散系数/导热系数/比热/2-1-1-1(mm·s)[W·(m·K)][J·(g·K)]表中显示的是各气温段的平均数值)所示。2813.88150.2150..79946.4100.477表2摇四种钢试样的试验参数20011.51443.9330.摇Theof.19840.2300.steel摇摇摇摇4008.70735.7390.540密度/保护气流量/试样平均试样平均5007.37131.2080.557碳化物-3-1半径/mm长度/.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摇08A的热物性参数9005.52629.5220.摇.91431.2380.695热扩散系数/导热系数/比热/10605.94631.1800.690气温/益2-1-1-1](mm·s)[W·(m·K)][J·(g·K)2817.60766.9400..94860.6880.486表6摇GCr15的热物性参数20013.72953.9680.摇of.71947.7490.519热扩散系数/导热系数/比热/水温/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摇35K的热物性参数8605.03130.3870.摇of35K9005.33531.4250..43030.7470.725热扩散系数/导热系数/比热/水温/益10604.79527.2270.7272-1-1-1(mm·s)[W·(m·K)][J·(g·K)]2814.22652.8810..17649.0940..77246.1560.5023摇结果剖析30010.35541.9770..89537.5160.540摇摇依照表3~6数据,分别将各碳化物不同水温下的5007.47332.5140.557热扩散系数、导热系数、比热画图,如图1~3所示。
6006.08527.8540..46621.6410.620可以看出这四种钢在不同水温下热扩散系数、导热系7203.64818.6040.653数是不同的。四种钢的热扩散系数、导热系数都是先7404.33723.3490.689随气温的下降而减少,等到了一定湿度时(700~.97327.9010..01428.0340.716益),再随气温的下降而下降。发生这一现象的主要8605.33429.4460.707缘由是在700~800益发生了相变,即共析反应。其9005.60430.7700..84531.7250.695中08A的相变点在760益左右,35K和45#钢的相变点10605.99332.2930.690在720益左右,GCr15的相变点在740益左右。·100·摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇钢铁钒钛摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇2013年第34卷摇高的Cr,影响导热系数变化规律,相变点之前导热系数增加平缓,在400~700益导热系数反倒低于其他含碳量低的碳化物。
含碳量接近的碳化物其导热系数#和热扩散系数也接近,如35K和45钢的热扩散系数和导热系数曲线几乎重合;说明碳化物成份,尤其碳浓度影响其导热系数。相变点以后,在同一气温下,含碳量越高热扩散系数和导热系数也越低,即08A的含碳量最低,热扩散系数和导热系数最低。说明相变前含碳量低的碳化物随气温下降导热系数和热扩散系数增加的快,相变以后随气温继续下降,上升的#慢。GCr15在相变点之前导热系数比其他碳化物增长图1摇08A、35K、45、GCr15的热扩散系数与气温关系Fig.1摇[2]的平缓。#in,35K,45andGCr15试验所得到的碳化物导热系数随气温变化的数值[2-4]及其规律符合有关资料提供的推论。图3表示比热随气温变化值,其值是在相关手[3]册上查出作为已知量来使用的。碳化物的比热在700~800益共析反应相变点之前,比热随气温下降而降低;相变点以后,随气温的下降而减少。部份比热数值查不到,根据规律恐怕的数值,有偏差,可能导致试验结果与真实值存在差别。
按照试验所得的导热系数变化规律,可以将其应用于碳化物热处理及钢水连续铸造过程中。在板坯过程中钢液由液态到固液两相区再到液相区变化,#图2摇08A、35K、45、GCr15钢的导热系数与气温关系其体温由1600益左右的钢水,经过结晶器、足辊Fig.2摇The段、二冷段、空冷段的冷却,最终产生常温下的板坯#in,35K,45andGCr15坯,此过程中板坯坯的表面水温跨径大,因而须要不同水温下的导热系数数值,以满足连续铸造的须要。应用本试验检测结果及规律估算连续铸造二热水配比,确定板坯过程中各段合适的冷却水流量,以降低表面裂缝、凹坑等缺陷,进而优化板坯坯冷却质量,为得到优质的板坯坯奠定基础。4摇推论摇摇1)钢在不同水温下导热系数不同比热容公式温度的关系,在共析反应相变点气温之前随着气温的下降,钢的导热系数增加;在相变点以后,钢的导热系数随气温的下降而#图3摇08A、35K、45、GCr15种钢的比热与气温关系下降。Fig.3摇Theheat#2)不同种钢在同一气温下导热系数不同,相变in,35K,45andGCr15点之前,含碳量高的碳化物导热系数低;相变点以后,摇摇不同种钢同一气温下的热扩散系数、导热系数含碳量高的碳化物导热系数高。不同。相变点之前,在同一气温下含碳量越高的钢3)含碳量接近的碳化物,它们的导热系数及其变种热扩散系数越低,即GCr15的含碳量最高,热扩化规律也接近。散系数最低;导热系数因为GCr15成份中有浓度较(下转第106页)
