為了有效提高連鑄坯的質量，減少裂紋的產生，需要對45鋼連鑄坯的高溫力學性能進行模擬研究，對連鑄工藝的控制有著重要的指導意義。
某鋼廠45鋼連鑄坯常出現表面裂紋和內部裂紋，用熱模擬試驗機對45鋼進行了高溫拉伸試驗，分析了45鋼連鑄坯的高溫脆性溫度區，結果可為45鋼連鑄坯拉坯及矯直工藝的制訂和優化提供基礎數據，以防止連鑄坯裂紋的產生。
1、試驗方法
在45鋼連鑄坯的縱向取樣，試驗時將鑄坯加工成規格為10mm×120mm(直徑×高度)的圓棒試樣，試樣加工尺寸如圖1所示，圓棒長度方向為拉坯方向。
高溫拉伸試驗溫度為600~1350℃，每次試驗的溫度間隔為50℃，試驗過程中采用氬氣保護，可以防止氧化。在拉伸過程中，試樣的應變速率參照實際45鋼連鑄坯的應變速率進行設定，選用的應變速率1×10-3s-1。為了保證試樣溫度的均勻性，先以10℃/s的升溫速率將溫度升高到1200℃，再以5℃/s的升溫速率將溫度升高到1350℃，保溫1min，然后以3℃/s的降溫速率將溫度降到預定的測試溫度，保溫1min，以1×10-3s-1的應變速率拉伸試樣，直至試樣斷裂。試樣的加熱工藝試驗過程如圖2所示，試驗后計算其高溫抗拉強度和斷面收縮率，并借助光學顯微鏡、掃描電鏡及能譜儀對斷后試樣的微觀形貌進行分析。
2、試驗結果
2.1 45鋼連鑄坯的高溫抗拉強度極限及斷面收縮率
根據不同試驗溫度下獲得的應力-應變曲線的高溫抗拉強度數據，整理得到45鋼的高溫抗拉強度、斷面收縮率與溫度的關系(見圖3)。從圖3可以看出：高溫抗拉強度隨溫度的升高而逐漸降低，這是因為隨著溫度的升高，晶體結構發生變化，位錯減少，原子移動較為容易，從而抗拉強度降低。從變化趨勢上看，溫度小于900℃時，隨著溫度的升高，其抗拉強度下降得相對較快，而在溫度大于900℃時，抗拉強度下降得相對緩慢一些。
一般認為，斷面收縮率小于60%時為脆性區。從圖3可以看出：45鋼有兩類脆性溫度區，1200~1350℃為第一類脆性區，600~900℃為第二類脆性區。在溫度為950~1200℃時，45鋼有良好的塑性，斷面收縮率均大于60%。
2.2 拉伸試驗后試樣的微觀形貌
用光學顯微鏡對拉斷的7根45鋼連鑄坯試樣進行觀察，發現試樣中均明顯分布著 MnS夾雜。將試樣用體積分數為4%的硝酸乙醇溶液腐蝕后，發現鐵素體沿原奧氏體晶界析出，形成鐵素體網，MnS夾雜集中分布在鐵素體相中，同時伴隨出現了橙色的多邊形碳氮化物，沿夾雜相可見明顯拉伸開裂。650℃和850℃時拉伸試樣的顯微組織形貌如圖4所示。由圖4可知：45鋼連鑄坯的原始晶界上明顯有MnS夾雜偏聚和碳氮化物析出，降低了鋼的塑性。在拉伸過程中，試樣在較低的變形程度下發生了斷裂，因此在溫度為600~900℃下試驗所得試樣的整體斷面收縮率較小。
用掃描電鏡及能譜儀對不同脆性溫度區的拉伸試樣斷口進行分析。第一類脆性溫度區為高溫區，也稱為熔點脆化區。在溫度大于1200℃時，45鋼連鑄坯的塑性急劇下降。在高溫區，斷口較平滑，呈液相凝固自由收縮特征，晶粒細小，沿晶界液膜處斷裂。溫度為1300℃時的試樣斷口SEM 形貌及能譜分析結果如圖5所示，高溫下斷口局部熔化，能譜分析可見斷口處分布著細小的MnS夾雜，高溫下微小的硫化物質點在奧氏體晶界析出，在高溫拉伸過程中，這些質點成為了拉伸開裂的起裂源。
在中溫區(900~1200℃)，斷口為韌性斷口，呈明顯的韌窩形貌。溫度為1050℃時試樣斷口的SEM形貌如圖6所示，由圖6可知：斷口由大量的等軸韌窩組成，呈塑性斷裂特征,等軸韌窩小而密，宏觀表現為塑性較好。
第二類為脆性溫度區，即低溫區 (600~900℃)，通過觀察，低溫斷口呈“冰糖”狀，呈沿晶脆性斷裂特征，晶粒間有開裂和微小的孔洞。造成這種斷口的主要原因是低溫奧氏體發生相變析出薄膜網狀鐵素體,鐵素體強度小于奧氏體，在變形過程中出現不均勻變形，易在鐵素體上形成裂紋；在奧氏體晶界上析出的鐵素體中分布著長條狀MnS夾雜，拉伸過程中試樣易沿著夾雜物發生開裂；在低溫區，晶界上有釩、鈦、鈮的碳氮化物析出，低溫析出物尺寸較小，彌散分布在晶界上，在變形過程中，釘扎晶界發生滑移，當外力增加時，位錯會繞過析出物，在周圍形成位錯環，在析出物分布處形成應力集中并產生微小孔洞，最終導致試樣拉伸開裂。因此，為了避免鑄坯在矯直過程中產生裂紋，45鋼的矯直溫度應避開第二類脆性溫度區，并保證在溫度大于900℃時對其進行矯直。650℃時試樣斷口的SEM形貌及能譜分析結果如圖7所示。
3、結論
(1)在溫度為600~1350℃時，45鋼連鑄坯的高溫抗拉強度隨溫度的升高而逐漸降低。
(2)45鋼連鑄坯有兩個脆性溫度區，1200~1350℃為第一類脆性溫度區，600~900℃為第二類脆性溫度區。
(3)在應變速率為1.0×10-3s-1的變形條件下，溫度小于900℃時，45鋼連鑄坯的斷面收縮率低于60%,塑性較差,在實際生產過程中，45鋼連鑄坯的矯直區溫度應大于900℃，以防止出現矯直裂紋。
