残余元素对不锈钢中热裂纹敏感性的影响

连铸工艺同模铸工艺，相比具有收得率高、质量稳定和减少工序的特点。从经济角度及质量要求方面考虑，在进入下一道工序时，连铸坯必须是无缺陷的，如果可能，不需要任何的检查与加工。为了获悉在连铸坯内部或表面裂纹的形成机制以及在出现裂纹情况下材料的高温性能，研究者进行了大量的高温拉伸测试。通常，在刚好低于1000℃进行的高温拉伸测试被称作“温拉伸”，而在1000℃至熔点温度以下进行的高温拉伸测试被称作“高温拉伸”。高温拉伸测试主要研究材料的强度及韧性(延展性)，以实现在凝固及连铸过程中对产品质量进行优化。

金属材料的高温性能受多种参数的影响。对性能有显著影响的因素，比如：材料的化学成分、应变速度、温度一时间循环关系一直是人们研究的对象。

在连铸、焊接及热加工过程中，如果材料不能承受应力和应变所产生的应力，热裂纹就会形成。说到这里，必须区别两种不同类型的热裂纹。第一种热裂纹是晶体内裂纹，当有液相薄膜层浸入晶粒边界，在拉伸负荷作用下，没有出现塑性变形，晶粒内部显微组织就发生了撕裂。第二种热裂纹则正好相反，不涉及液相。大约在再结晶温度以下，材料的延展性有所降低，因此，这种热裂纹被称作“延展性降低裂纹”。第一种热裂纹被称作偏析裂纹，因为液相薄膜的形成与凝固过程中合金元素的显微偏析有关。这种类型的裂纹可进一步分为凝固收缩裂纹和熔化裂纹。

凝固过程中，在凝固面前沿的熔融区富含合金元素和残余元素。因此，在凝固过程的末期还会存在少量的残留液相分布在已凝固的显微组织之间，把它们分开。凝固和冷却阶段产生的收缩应变以及膨胀另外增加的收缩应变都会产生表面裂纹和内部裂纹。即使在随后的热成型加工中，内部凝固裂纹也不能消除，如果材料承受更大的张力负荷，合金元素偏析的地方仍会发生断裂。如果这些区域在随后进一步的加工中被切掉，这些部位有可能成为淬火裂纹的起始点或导致材料发生劈裂。对于凝固过程，过去曾做过大量的报道。在接下来的部分，将会对凝固裂纹的形成过程进行解释。随着凝固过程的进行，在还剩大约30%液相的时候，晶粒之间的相互连接使最初试样可以经受住较小的外力。此时的温度被称作零强度温度Tnf。从宏观上来讲，此时的试样很脆，甚至会完全断裂，因为晶粒间残留的液相薄膜不能把应变转移到邻近的枝晶或晶粒。随着试验温度的降低，合金元素的局部偏析区开始凝固，当断裂时首先能测到断面收缩发生在所谓的零塑性温度Tnf。随着温度的进一步降低，材料的强度持续增加，断裂瞬间断面收缩开始急剧增加，当达到最大值后多少有些下降，其值完全依赖于钢种。这种所谓的二次降低塑性归因于合金元素和残余元素在奥氏体中的溶解度降低，析出相应的微粒，流体相的形成以及在奥氏体晶粒边界析出亚共析铁素体。这使得材料断裂瞬间其最小断面收缩可以降到很低的值。