测试金属材料收缩率的研究已经比较充分,测试方法也比较成熟,但所测的结果只是材料本身的收缩率,它与铸锭的收缩率存在着一定的差距,而铸锭的收缩直接影响铸锭的开裂程度、内应力的大小。本文自行研制了测试200×80×100 mm碳钢铸锭线收缩与温度场的实验装置,采用该测试系统测定了不同碳含量和锰含量碳钢铸锭的收缩率,并与数值模拟计算结果进行了对比,分析了碳含量、锰含量对碳钢铸锭收缩率的影响。采用实验和数值模拟的方法研究了碳含量对碳钢包晶相变收缩和γ→α相变膨胀的影响。结果表明,碳含量为0.1%时,包晶相变收缩量最大,碳含量为0.15%时,包晶相变量和收缩速度最小。Fe-0.1%C,Fe-0.15%C,Fe-0.33%C碳钢包晶相变引起的收缩量分别为0.062 mm、0.025 mm和0.045 mm,包晶相变收缩速度分别为5.17μm/s、4.167μm/s和5.625μm/s。随着碳含量的增加,碳钢γ→α相变引起的膨胀量逐渐减少,γ→α相变产生的膨胀速度逐渐降低。Fe-0.1%C,Fe-0.15%C,Fe-0.33%C碳钢γ→α相变膨胀量分别为0.045 mm、0.025 mm和0.015 mm,γ→α相变膨胀速度分别为0.3μm/s、0.192μm/s和0.125μm/s。采用实验和数值模拟的方法研究了锰含量对碳钢包晶相变收缩和γ→α相变膨胀的影响。结果表明,随着锰含量的增加,碳钢包晶相变的收缩量逐渐减少,收缩速度逐渐降低。锰含量为0.43%、0.8%和1.45%的碳钢,包晶相变收缩量分别为0.07 mm、0.05 mm和0.03 mm,包晶相变收缩速度分别为7μm/s、6.25μm/s和6μm/s。随着锰含量的增加,碳钢铸锭γ→α相变引起的膨胀量逐渐减少,γ→α相变产生的膨胀速度逐渐降低。锰含量为0.43%、0.8%、1.45%碳钢γ→α相变时引起的膨胀量分别为0.025 mm、0.023 mm和0.018 mm,γ→α相变引起的膨胀速度分别为0.13μm/s、0.082μm/s和0.078μm/s。