【正文】 留下來(lái)（圖4（b））。為了對(duì)所有鋼的學(xué)習(xí)，表面晶粒密度列于表ⅱ，這表明了鈦元素的添加對(duì)形核效率的顯著影響。圖5說(shuō)明所有的鋼，平均晶粒度作為冷硬鑄型表面的垂直距離的一個(gè)參數(shù)，舉例說(shuō)明鈦元素對(duì)經(jīng)理細(xì)化的強(qiáng)度影響。圖6展出了極像圖，說(shuō)明晶粒在冷硬鑄型表面的定向生長(zhǎng)。對(duì)不含鈦的鋼，冷硬鑄型表面的晶粒取向是隨機(jī)的（圖6（a）），但是在凝固過(guò)程中，優(yōu)先生長(zhǎng)的晶粒平行于ND方向，這導(dǎo)致了組織的輕微加強(qiáng)（圖6（c））。與此相反，添加鈦元素的則在冷硬鑄型表面產(chǎn)生了一種顯著的強(qiáng)化纖維組織（圖6（b）），在進(jìn)一步凝固中沒(méi)有顯著改變（圖6（d））。再后來(lái)的情況中形核產(chǎn)生了一種強(qiáng)烈的擇優(yōu)取向。為了在帶材組織中量化厚度梯度，一個(gè)組織清晰度被計(jì)算出來(lái)，從鑄樣表面下各種距離得來(lái)的EBSD數(shù)據(jù)?？傊?，這個(gè)參數(shù)能量化一小部分與法線(xiàn)方向成一直角度去想的晶粒。這項(xiàng)研究中，與發(fā)現(xiàn)方向成15176。的隨機(jī)取向晶粒被選擇出來(lái)作為組織清晰度的一般指標(biāo)，因?yàn)椋?01＞晶向是體心立方金屬枝晶生長(zhǎng)的優(yōu)先方向。根據(jù)鑄樣表面距離，圖7給出了所有鋼的組織晰度。不含鈦的熔體凝固，在鑄樣表面產(chǎn)生14％的組織清晰度， 55％。這種結(jié)果是預(yù)期的，是由于在凝固過(guò)程中取向良好的晶粒隨機(jī)形核和選擇生長(zhǎng)而產(chǎn)生的。比較起來(lái)，含鈦的熔體凝固產(chǎn)生強(qiáng)硬的纖維組織（圖6（b）），從圖7可以看出大于98％的＜001＞晶向的晶粒在鑄樣表面上與發(fā)現(xiàn)方向成15176。的范圍內(nèi)形核。據(jù)作者所知，這是第一次發(fā)布由于在鑄鋼帶材中長(zhǎng)生了一種強(qiáng)烈的擇優(yōu)取向。為了研究在集體和熔體的接觸面上的形核行為，冷硬鑄型表面的微觀(guān)結(jié)構(gòu)和組織的生長(zhǎng)被研究出來(lái)。圖8說(shuō)明，這個(gè)區(qū)域少部分＜001＞取向的晶粒以隨機(jī)角度偏離法線(xiàn)方向。由此可見(jiàn)，98％的晶粒在與法線(xiàn)成5176。角的范圍內(nèi)形核。這個(gè)結(jié)果說(shuō)明，本來(lái)每個(gè)晶形核都接近于＜001＞平行于法線(xiàn)的方向。從光滑表面生產(chǎn)試樣同樣的鑄造試驗(yàn)，試樣從有脊?fàn)罹€(xiàn)的基體凝固而來(lái)。這些同步的試驗(yàn)允許對(duì)基體表面狀態(tài)對(duì)微觀(guān)組織和結(jié)構(gòu)的影響的準(zhǔn)確研究。有脊?fàn)罹€(xiàn)的基體對(duì)凝固微觀(guān)組織生長(zhǎng)的影響，如圖9所示，含鈦和不含鈦的鋼被分別列出來(lái)。這些圖表和表2說(shuō)明基體的表面狀態(tài)不能單獨(dú)的對(duì)冷硬鑄型表面的形核密度有顯著的影響。這是和特征有關(guān)的，然而晶粒優(yōu)先形核是沿著帶鋼單向皺紋的最高處的，條帶表面的線(xiàn)性晶粒密度比帶鋼單向皺紋方向上的高。圖7包含了由脊?fàn)罹€(xiàn)基體生產(chǎn)的各種鋼的組織數(shù)據(jù)。盡管鈦元素的添加，脊?fàn)罹€(xiàn)基體在冷硬鑄型表面產(chǎn)生了適度的組織清晰度，這樣可以在凝固過(guò)程中使組織圖像更清晰一點(diǎn)。這個(gè)結(jié)論說(shuō)明基體表面狀態(tài)對(duì)凝固組織形核階段的生長(zhǎng)有重要影響。試圖說(shuō)明鈦元素對(duì)經(jīng)理細(xì)化和組織強(qiáng)化的影響，掃描電鏡被用來(lái)定位和確認(rèn)條帶鑄件中含鈦的粒子。在條帶冷硬鑄型表面發(fā)現(xiàn)粒子，這些粒子既有球形的（圖10（a）），又有立方形的（圖10（b）），尺寸達(dá)到10微米。在一些區(qū)域粒子束被觀(guān)察到（圖10（c））。許多粒子經(jīng)能譜儀分析可能是氮化鈦（TiN）。 （a） （b）圖3 ESBD定向顯微照片Ⅳ.結(jié)論參數(shù)的發(fā)現(xiàn)對(duì)在鑄造不銹鋼帶中產(chǎn)生強(qiáng)化顯微組織很重要，（1）熔體中添加鈦（圖7），（2）在含氮?dú)夥罩需T造，（3）在光滑集體上凝固（圖7）。在一定的鑄造條件下，變量1和2的結(jié)合被認(rèn)為是導(dǎo)致TiN顆粒形成的原因。變量3對(duì)以法線(xiàn)方向?yàn)槿∠虻蔫F素體晶粒形核的影響，和在凝固期間它對(duì)熱流方向的影響，這可能很重要，并且這將在ⅣC中有更詳細(xì)的討論。與先前的工作一樣，鈦孕育處理鐵素體不銹鋼對(duì)鑄造晶粒尺寸有顯著改善。然而以前的研究人員已經(jīng)說(shuō)明晶粒形態(tài)改變是從柱狀變?yōu)榈容S晶。目前的研究指出鈦孕育劑在帶型鑄造中能改善晶粒度，但是在凝固期間對(duì)形核位置和熱流方向的精確控制保持了柱狀晶結(jié)構(gòu)。Ozturk等人的研究已經(jīng)指出,AISI中的409號(hào)不銹鋼，在1500℃％。這項(xiàng)研究中的不銹鋼樣品是在空氣中1600℃時(shí)鑄造的，熔體中氮的含量足夠產(chǎn)生TiN顆粒。與Villafuerte等人的研究相似，鑄造之后觀(guān)察到立方形和球形的富鈦顆粒（圖10）。這些人提出，根據(jù)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)球形顆粒在最初階段形成，但是也許最終形成立方形顆粒。Ostrowsti和Langer提出了復(fù)雜的非均勻形核過(guò)程，像TiN或Ti（N,C）在高溫氧化物中形核，如三氧化二鋁、二氧化硅和鈦氧化合物。一種相似的形核順序也許會(huì)被開(kāi)發(fā)出來(lái)在目前的合金中產(chǎn)生立方形顆粒，但一份詳細(xì)的描述已經(jīng)超出了本文的范圍。以前的研究已經(jīng)證明，富含鈦的化合物是有效地形核劑，這經(jīng)常被認(rèn)為是{001}晶面與夾雜物與鐵素體的晶格相匹配。其它一些因素如形核表面形貌、基體的化學(xué)性質(zhì)和形核界面兩者的點(diǎn)位，也都有可能是重要因素。盡管確定在薄條帶冷硬鑄型表面TiN和鐵素體之間的取向關(guān)系（OR）有試驗(yàn)困難，這樣一種關(guān)系被ESBD估算出來(lái)了。由于TiN顆粒呈現(xiàn)出立方晶體對(duì)稱(chēng)性，一個(gè)晶面相似于{001} （a） （b）晶面，并且每個(gè)晶面的對(duì)角線(xiàn)是＜001＞晶向，試驗(yàn)是為了聯(lián)系條帶表面的立方晶粒和它們相鄰的鐵素體晶粒的取向。然而結(jié)果是非常有限的，觀(guān)察高含鈦量的組織，發(fā)現(xiàn)鐵素體晶粒中有球形顆粒，在與基體表面呈42176。的＜001＞晶向。相比之下，圖10（b）中的晶粒有立方形顆粒，在冷硬鑄型表面法線(xiàn)方向與＜001＞晶向所成的3176。角范圍內(nèi)，并且＜001＞晶向與顆粒對(duì)角線(xiàn)平行。關(guān)于三個(gè)立方形顆粒有限的結(jié)論給出了一個(gè)取向關(guān)系，接近于TiN和鐵素體之間的估計(jì)值，如下：{001}TiN∥{001}鐵素體 ＜001＞TiN∥＜001＞鐵素體這樣的取向關(guān)系以前在鐵素體不銹鋼的焊接和鑄造中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，％。這種平面錯(cuò)合度是由Bramfitt給出的，這些平面的晶面指數(shù)在基體平面內(nèi)比較低。在這些階段中，良好的晶格匹配和形核時(shí)低的過(guò)冷特征，這些被認(rèn)為是鐵素體從TiN中外延生長(zhǎng)的關(guān)鍵條件。（a） （b）（c） （d） 圖6200離散型ESBD測(cè)量值的極像圖表明了晶粒的生長(zhǎng)取向，根據(jù)鑄態(tài)條帶冷硬鑄型表面的距離。圖（a）表示表面含鈦鐵素體晶粒的取向、（b）為不含鈦的，圖（c）、（d）為不含鈦的組織強(qiáng)化僅在由光滑基體凝固而來(lái)的含鈦的鋼條中觀(guān)察得到（圖7），因此這就表明基體形貌對(duì)凝固時(shí)期晶粒的形核及生長(zhǎng)有重要影響。鐵素體晶粒的形核及生長(zhǎng)本質(zhì)上是垂直于基體表面的，這是必要的，因?yàn)椋?）基體需要在熔體中有穩(wěn)定的熱流、（2）TiN顆粒在{001}晶面的直接形核發(fā)生在熔體與基體的交界面、（3）預(yù)先形成的顆粒與基體的接觸對(duì)形成高定向核是有必要的。第一點(diǎn)涉及到的是基體對(duì)熱流大小和方向的影響，這將在稍后作討論。第二點(diǎn)是合理的，TiN顆粒也許會(huì)在淬火水冷基體上不同類(lèi)的形核，這是由于熔體中氮溶解度的迅速下降。第三點(diǎn)也是可行的，由于TiN的密度比鑄造不銹鋼低，孕育處理時(shí)帶來(lái)的粒子也許會(huì)繼續(xù)留在熔體表面。如果一個(gè)已知的顆粒是立方形的，浸入期間它也許會(huì)在彎液面出接觸基體。顆粒與基體接觸的類(lèi)型被認(rèn)為是有限的，因?yàn)樗梢詮暮?jiǎn)單的熱力學(xué)角度來(lái)解釋?zhuān)⒎叫晤w粒在光滑表面最有利的接觸點(diǎn)是這六個(gè)面中的一個(gè)。盡管顆粒與基體接觸的準(zhǔn)確機(jī)理不確定，顆粒必須以一個(gè)特定的角度接觸基體。如圖8所示，條帶冷硬鑄型表面98％的晶粒在基體平面內(nèi)有{001}晶面取向。考慮到TiN與鐵素體之間低的平面錯(cuò)合度，導(dǎo)致形核產(chǎn)生小的自由能障礙，低的形核冷卻將通過(guò)非均勻形核選擇外延生長(zhǎng)，并將促進(jìn)強(qiáng)化纖維組織的生長(zhǎng)。 圖7鈦和基體形貌對(duì)纖維組織生長(zhǎng)的影響 圖8鑄態(tài)含鈦鐵素體條帶表面部分晶粒的累積頻率 ＜001＞晶向平行于法線(xiàn)方向晶粒的優(yōu)先形核在有脊?fàn)罹€(xiàn)基體的凝固過(guò)程中觀(guān)察不到（圖9）。不經(jīng)孕育處理時(shí)有脊?fàn)罹€(xiàn)基體的優(yōu)先形核位置在脊峰上。接下來(lái)的孕育處理，TiN將用有限的時(shí)機(jī)在＜001＞晶向平行于法線(xiàn)的基體上形核或沉淀，導(dǎo)致冷硬鑄型表面組織相似于圖（6（a））中所示。在凝固過(guò)程中基體形貌對(duì)熱傳遞的影響也必須考慮。Strezov已經(jīng)發(fā)現(xiàn)基體形貌強(qiáng)烈的影響熔體中熱流的角度和方向。對(duì)于光滑的基體，熱流是垂直于基體的，這是樹(shù)枝晶＜001＞晶向?yàn)閮?yōu)先生長(zhǎng)方向的有利條件。對(duì)于有脊?fàn)罹€(xiàn)的基體，熱流方向通常是不一致的，并且受到脊大小的影響，最大的熱流值集中通過(guò)脊峰，并且數(shù)量明顯的大于光滑基體的?？偟膩?lái)說(shuō)，有脊?fàn)罹€(xiàn)基體中鐵素體晶粒的形核和生長(zhǎng)，被認(rèn)為與光滑基體的有極大不同，也許足以改變條件在脊峰上進(jìn)行非均勻形核。表ⅱ.條帶表面區(qū)域晶粒密度（晶粒／mm2）基體光滑脊?fàn)畈缓?36137含鈦583407此類(lèi)因素如爐內(nèi)氣氛、熔體中鈦含量、孕育處理與澆鑄之間的停頓時(shí)間，可能會(huì)影響富含鈦夾雜物的形成類(lèi)型、數(shù)量、尺寸和分布。這些因素將影響冷硬鑄型＜001＞晶向平行于法線(xiàn)方向晶粒的形核效。其它因素如進(jìn)入速率、熔體過(guò)熱也可能通過(guò)改變彎液面的熱流條件而影響鑄態(tài)條帶微觀(guān)組織結(jié)構(gòu)。例如Strezov證明進(jìn)入速率的提高促進(jìn)表面形核，因?yàn)樘岣吡巳垠w與基體的濕潤(rùn)度。浸入速率對(duì)樹(shù)枝晶的生長(zhǎng)行為有個(gè)附加影響，樹(shù)枝晶在流動(dòng)的熔體中生長(zhǎng)傾向于向流向的反方向彎曲，角度偏差是由這些因素引起的，如熔體的化學(xué)性質(zhì)、流速。觀(guān)察圖4中的顯微照片，和清晰的組織生長(zhǎng)（圖7），說(shuō)明鐵素體不銹鋼中向里彎曲的樹(shù)枝晶最低的浸入速率為1m/s。然而，樹(shù)枝晶的彎曲預(yù)期能在更高的澆鑄速度時(shí)有重要意義。 （a） （b）圖9法向橫向區(qū)域內(nèi)ESBD定向顯微照片，（a）不含鈦、（b）含鈦 目前的研究已經(jīng)表明，對(duì)控制鑄態(tài)不銹鋼帶的微觀(guān)結(jié)構(gòu)和凝固組織，孕育處理是一種有效的方法。如果目前的結(jié)論應(yīng)用到指導(dǎo)帶鋼鑄造中，這種對(duì)組織的控制也許有實(shí)際的意義。例如，在商用合金中，孕育誘發(fā)組織強(qiáng)化也許會(huì)對(duì)控制鑄態(tài)帶鋼中的定向性能是有益的，如鐵硅合金，這也許會(huì)極大地簡(jiǎn)化一些類(lèi)型的晶粒定向的硅鋼產(chǎn)品的制作工藝。Ⅴ.總結(jié)一種帶鋼鑄造的模擬裝置被用來(lái)生產(chǎn)鑄態(tài)鐵素體不銹鋼帶。在某一特定的鑄造條件下，＜001＞取向的鐵素體晶粒的形核與生長(zhǎng)幾乎是完美的。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)纖維組織是因鈦孕育劑和富含氮的氣氛中光滑基體上的澆鑄而產(chǎn)生的。這種孕育誘發(fā)組織強(qiáng)化是澆鑄過(guò)程中形成TiN顆粒的結(jié)果，TiN顆粒在光滑基體上的直接形核（{001}晶面平行于基體表面），或者最初在熔體中形成立方形顆粒，后來(lái)浸入過(guò)程中在彎液面處接觸到基體。由于TiN和鐵素體結(jié)晶形貌相似，隨后在含鈦條件下的澆鑄不涉及常規(guī)的非均勻形核和生長(zhǎng)，但是鐵素體的外延生長(zhǎng)出現(xiàn)在顆粒的{001}晶面上。鐵素體這種在光滑集體上的定向形核導(dǎo)致了樹(shù)枝晶進(jìn)一步生長(zhǎng)的最佳條件垂直于基體，因而在鑄態(tài)帶材中產(chǎn)生纖維組織。 （b）（c）圖10掃描電鏡照片，用鈦?zhàn)髟杏齽┑蔫T態(tài)鐵素體不銹鋼冷硬鑄型表面夾雜物：（a）球形顆粒，（b）立方形顆粒，（c）顆粒簇致謝（伍倫貢大學(xué)工學(xué)院）提供的試驗(yàn)設(shè)備及資金、。作者感謝澳大利亞研究委員會(huì)提供研究生獎(jiǎng)學(xué)金來(lái)實(shí)行這項(xiàng)研究。致謝本設(shè)計(jì)的完成是在我們的導(dǎo)師郭鐵明老師的細(xì)心指導(dǎo)下進(jìn)行的。在每次設(shè)計(jì)遇到問(wèn)題時(shí)老師不辭辛苦的講解才使得我的設(shè)計(jì)順利的進(jìn)行。從設(shè)計(jì)的選題到資料的搜集直至最后設(shè)計(jì)的修改的整個(gè)過(guò)程中，花費(fèi)了郭老師很多的寶貴時(shí)間和精力，在此向?qū)煴硎局孕牡馗兄x！導(dǎo)師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，開(kāi)拓進(jìn)取的精神和高度的責(zé)任心都將使學(xué)生受益終生！還要感謝帶我做試驗(yàn)的研究生張定倉(cāng)師兄和我同一設(shè)計(jì)小組的幾位同學(xué)，是他們?cè)谖移綍r(shí)設(shè)計(jì)中和我一起探討問(wèn)題，并指出我設(shè)計(jì)上的誤區(qū)，使我能及時(shí)的發(fā)現(xiàn)問(wèn)題把設(shè)計(jì)順利的進(jìn)行下去，沒(méi)有他們的幫助我不可能這樣順利地結(jié)稿，在此表示深深的謝