A duális fázisátmenet és az új hűtési eljárások alkalmazása a mikróötvözetek tiszta szemcséjű szerkezetének előállításában

A modern acélgyártás egyik legnagyobb kihívása az optimális szemcsefinomság elérése a különböző ötvözetekben, különösen a mikróötvözetek esetében. A termikus kezelés hatékonysága kulcsszerepet játszik az acél mechanikai és fizikai tulajdonságainak javításában. A legújabb kutatások és kísérletek alapján különböző hűtési eljárások és fázisátmenetek kombinálásával jelentősen javítható a mikróötvözetek szemcséjének finomsága, különösen az olyan anyagok esetén, mint a niobiumot tartalmazó nagy szilárdságú acélok.

A mikróötvözetek esetében, mint az alumíniumot, vanádiumot és niobiumot tartalmazó acélok, a gyors hűtési sebesség kulcsfontosságú. A gyors hűtési sebesség 7.0–8.0 °C/s között, majd ezt követően a megfelelő újra melegítés 3.5–5.0 °C/s sebességgel lehetővé teszi a kívánt fázisátmeneteket és a szemcsék finomabb szerkezetét. Az ilyen típusú hűtési folyamatokban alkalmazott gyors hűtési technológia és az azt követő újra melegítés kombinációja biztosítja, hogy az acél szerkezete elérje a kívánt ultrafinom szemcséjű állapotot.

A slab (lemez) hűtési struktúrájának továbbfejlesztése szintén fontos szerepet játszik az optimális szemcsefinomság elérésében. A hagyományos hűtési eljárások nem képesek kellően gyorsan csökkenteni a slab sarokhőmérsékletét a megfelelő fázisátmenethez, így a fejlesztések célja a slab sarok gyors hűtésének és az újra melegítésének lehetővé tétele. E célból olyan új hűtési spray struktúrák kerültek kifejlesztésre, amelyek képesek gyorsan lehűteni a slab sarok részét, miközben a hűtés intenzitása nem befolyásolja jelentősen a környező hőmérsékleti mezőt. Az ultra-erős hűtési struktúrák segítségével a slab sarok hőmérséklete 600 °C-ra csökkenthető, ami lehetővé teszi a ferritikus fázisátmenetet.

A duális fázisátmeneti hűtési folyamatok alkalmazása során figyelembe kell venni a slab minden egyes részének eltérő hűtési igényeit. A hagyományos hűtési eljárások, mint például az általános spray hűtés, nem biztosítanak kellő mértékű hűtési hatékonyságot a slab sarok régiójában, ami repedések kialakulásához vezethet. Ezzel szemben a célzott, ultra-erős hűtési struktúrák alkalmazása lehetővé teszik a gyors hűtést, ami csökkenti a repedésképződés kockázatát és javítja az acél mechanikai jellemzőit.

Az alkalmazott új hűtési eljárások és a fejlettebb hűtési struktúrák nemcsak a szemcsefinomságot növelik, hanem csökkentik a termelési költségeket is, mivel gyorsabb hűtési folyamatokat tesznek lehetővé. Ez a fejlesztés különösen fontos a folyamatos öntési és hűtési rendszerekben, ahol az optimalizált hűtési technológiák használata jelentős előnyökkel járhat. Az új hűtési módszerek alkalmazása a gyártás során hozzájárulhat a hulladékcsökkentéshez, az energiafogyasztás csökkentéséhez, valamint a termelési folyamatok sebességének növeléséhez.

Miért alakulnak ki hőmérsékleti inhomogenitások a vékony brámák sarkainál, és hogyan hat ez a képlékenységre?

A vékony bráma öntésének megszilárdulási folyamata során a meniszkuszhoz közeli övezetben, az intenzív hőelvonás miatt, a szilárd kéreg hőmérséklet-grádiense a lehúzási irányban jelentős. Az öntvény szélességi és hosszanti irányában a szilárd kéreg hőmérséklet-eloszlása azonban közel egyenletes marad, amíg a hőátadást döntően a folyékony és szilárd fluxréteg közvetíti a rézforma felé. Ez jellemzően a meniszkusz alatti 100 mm-es tartományban figyelhető meg, ahol az anyag hűlése szabályozott és egyenszilárdságú kéregképződést eredményez.

Ahogy azonban a bráma lefelé halad, az úgynevezett off-corner, azaz a széles és keskeny oldal találkozásánál kialakuló sarokzóna egyre inkább hőszigetelő fluxréteggel és légzárvánnyal telítődik. Ez jelentősen csökkenti a hőátadást a sarokövezetben, és lokális túlmelegedési zónát hoz létre – a gyakorlatban ez az övezet válik „hot spot”-tá, amely a szemcsék durvulását, a képlékenység csökkenését, és később az anyagban repedések kialakulását okozhatja.

Az öntés során tapasztalt hőmérsékleti különbségek különösen jelentősek a sarkoknál. A meniszkusz alatti első 100 mm-ben még nem alakult ki jelentős légrés vagy vastag fluxfilm, így itt a kéreg hőelvonása kétdimenziós irányban gyors, a hűlési sebesség meghaladja a 100 °C/s értéket. Ez finomszemcsés szerkezet kialakulását eredményezi, különösen a Ti-tartalmú mikroötvözött acélok esetében, ahol az oldatból kiváló karbonitrid szemcsék mérete apró, eloszlásuk pedig homogén mar