振动激发金属液形核过程机理的研究

振动激发金属液形核技术特征是:当一种振动冷却棒插入金属液内时,棒体表面将迅速形成大量的细小晶粒,这些晶粒可被连续不断地弹射至金属液中,成为凝固过程中等轴晶的形核核心.采用30%氯化铵水溶液进行了物理模拟实验,探讨了振动激发金属液形核过程机理,结果表明:振动激发形核过程中产生的晶粒始于晶核发射器棒体与氯化铵水溶液之间的接触界面;振动和冷却促进了溶液表面结晶雨的形成;为了防止凝固坯壳在棒体表面快速长大,应通过对振动和冷却工艺进行控制,确保棒体表面的温度介于溶液的固、液相线温度之间,从而促进晶体的游离.     

振动激发金属液形核对锌凝固组织的影响

为提高铸坯的等轴晶率和凝固组织的均匀性,以金属锌为研究对象进行了大量的振动激发金属液形核实验。结果表明,当一种带有冷却结构且进行高频振动的晶核发射器插入锌液内时,锌液在晶核发射器表面迅速形核且长大,在高频振动作用下表面形成的晶粒将被折断剥离,从而连续不断地弹射到锌液中,成为凝固过程中形成大量等轴晶的晶核来源;采用带有水冷和气冷结构的晶核发射器对锌液进行振动激发形核处理后,锌凝固组织中的等轴晶率可分别提高到65%和80%。     

振动激发金属液形核对锌凝固组织的影响

为提高铸坯的等轴晶率和凝固组织的均匀性,以金属锌为研究对象进行了大量的振动激发金属液形核实验。结果表明,当一种带有冷却结构且进行高频振动的晶核发射器插入锌液内时,锌液在晶核发射器表面迅速形核且长大,在高频振动作用下表面形成的晶粒将被折断剥离,从而连续不断地弹射到锌液中,成为凝固过程中形成大量等轴晶的晶核来源;采用带有水冷和气冷结构的晶核发射器对锌液进行振动激发形核处理后,锌凝固组织中的等轴晶率可分别提高到65%和80%。     

振动激发金属液形核过程的传热研究

为了提高铸坯凝固组织的均匀性,减轻宏观偏析,提出了振动激发金属液形核技术,其传热机理是为了促进形核,需要确保晶核发射器棒体表面温度控制在金属液的固、液相线之间,为此开展了传热计算及模拟试验研究。通过试验可知,在气冷条件下,棒体表面因冷却强度不够而无法产生大量的细小晶粒;而在水冷条件下,棒体表面因与钢液间的过冷度太大而迅速结壳,达不到向钢液连续弹射晶粒的目的。通过气雾冷却条件下的传热研究,在气流量为65 m3/h,水雾加湿量为3 kg/h的气雾冷却条件下,与棒体表面接触的钢液能够获得26℃以上的过冷度,因此棒体表面迅速形成大量的晶核而且不会结壳,进而可使晶粒被连续不断地弹射至金属液中,成为凝固过程中等轴晶的形核核心,促进铸坯凝固组织的均匀化。     

振动激发金属液形核技术在铸锭和板坯凝固过程中的应用

叙述了研发的振动激发金属液形核技术的工作原理、技术特点以及在实验室对金属锌、1Cr7铁素体不锈钢铸锭处理效果,并进行了开发的220 mm×1 600 mm板坯连铸机振动激发金属液形核技术装置对16Mn系列钢种应用的工业化试验。结果表明,未经振动激发形核处理的板坯等轴晶率≤10%,中心疏松和偏析为1.5级,经振动激发形核处理的板坯等轴晶率≥30%,中心疏松和偏析为0.5级。分析表明,对大型铸锭使用振动激发金属液形核技术便于在线控制钢锭的凝固组织,有利于提高钢锭凝固组织的等轴晶率和改善内部质量。     

化学成分对430铁素体不锈钢凝固结构的影响

在430铁素体不锈钢成分体系基础上,研究了成分的变化对430铁素体不锈钢凝固结构的影响。经试验发现,含碳量的变化显著影响430铁素体不锈钢的凝固组织,含碳量越高,铸锭中的等轴晶比率越大;而Ti元素的加入,虽然有利于430铁素体不锈钢铸锭中等轴晶的形成,但需要保证TiN在钢的液相线附近析出,促进钢的异质形核,从而优化钢的凝固结构。     

微观组织参数及工艺条件对430不锈钢凝固显微结构的影响

在多元合金CAFE模型的基础上,分析了微观组织参数（形核密度、高斯分解参数、Gibbs-Thomson系数等）与430不锈钢凝固过程中晶粒形貌的复杂关系,以及过热度与冷却强度等工艺参数对凝固组织的影响.研究发现,晶粒尺寸和柱状晶向等轴晶转变不仅与体最大形核过冷度有关,也受体形核密度的影响.高斯分解参数和Gibbs-Thomson系数增大时,一次枝晶间距减小,等轴晶范围增大;但当它们增加至一定范围后,其对显微结构的影响逐渐变得不明显.过热度或冷却强度增大时,等轴晶范围减小,但一次枝晶间距的变化不明显.      

La、Ti处理对FeCrAl不锈钢凝固组织的影响

采用金相显微镜(OM)和扫描电镜(SEM)对La、Ti处理的FeCrAl不锈钢铸锭凝固组织进行了分析研究,结果表明:未经La、Ti处理的纯铁素体不锈钢凝固组织中晶粒尺寸较大,纵向截面晶粒平均值为4.64mm,横向截面晶粒尺寸平均为4.71 mm;La处理不锈钢可以明显细化钢中凝固组织的晶粒尺寸;Ti在细化FeCrAl不锈钢晶粒的同时可以提高不锈钢的等轴晶率;加入La和Ti后形成的高熔点第二相粒子有利于细化晶粒,钢中析出的大量TiN可以提高凝固组织的等轴晶率.     

非均质形核细化16Mn钢凝固组织

通过感应炉对比实验,考察了基于不同非均质形核理论计算所得的三类有效形核质点Ce₂O₃、ZrO₂和MgO对细化16Mn钢凝固组织的影响.结果表明:只符合点阵错配度理论判据的MgO形核质点将铸锭等轴晶率从32%提高至37%;只符合静电作用理论判据的ZrO₂形核质点将等轴晶率提高至40%;同时满足点阵错配度理论和静电作用理论判据的Ce₂O₃非均质形核质点将等轴晶率提高至44%.在上述三个非均相成核的粒子中,Ce₂O₃能最大程度细化16Mn钢凝固组织.钢中形成以上三类形核核心后,钢的原始奥氏体晶粒尺寸以及显微组织均得到不同程度细化.      

铁素体不锈钢凝固组织的影响因素

 铁素体不锈钢凝固过程中形成的柱状晶会影响钢的成形性,减少甚至避免铸坯柱状晶的形成,促进等轴晶的形成,对铁素体不锈钢来说尤为重要。采用连铸和模铸的试验方法浇铸了铁素体不锈钢430,以分析影响其凝固结构的因素。结果表明,电磁搅拌对430不锈钢连铸坯等轴晶的形成作用显著。无论模铸试验还是连铸试验,冷却强度对430铸坯柱状晶的形成都有明显的影响。在模铸试验条件下,碳、氮含量越高,越有利于其凝固时等轴晶的形成;在连铸试验条件下,由于温度梯度大,碳、氮含量对凝固组织的影响被削弱,但如果对钢液进行搅拌,碳、氮含量的变化对凝固组织仍然有明显的影响。     

The refining effect of Fe-Ti-N master alloy towards 409L stainless steel

The Fe-Ti-N mater alloy was prepared through the in-situ reaction of nitrogen gas with the Fe-Ti melt.Scanning electron microscope results show that the particles uniformly distributed in the iron matrix were TiN.The deliberately prepared Fe-Ti-N master alloy was employed for the 409L ferritic stainless steel in an attempt to refine the as-cast solidification structure.It was found that the effectiveness of Fe-Ti-N master alloy on refining of the as-cast 409L ferritic stainless steel was affected by addition level,holding time and melts temperature.It was found that the average equiaxed grain size decreased from 1 503μm to 303μm,the proportion of equiaxed grain zone increased from 14%to 100%with increasing the Fe-Ti-N master alloy addition level to 2.5%.The proportion of equiaxed grain decreased from 85%to 4%as the solidification temperature increased from 1 803 K to 1 883 K.When the holding time reached to 8min,the solidification structures of 409L ferritic stainless steel show extreme points in the proportion of equiaxed grain.It is clear that the grain refining efficiency gradually fade away with the increasing of the holding time at the very beginning.However,when the holding time continues to increase and exceeds the extreme point, the grain refining efficiency of the Fe-Ti-N master alloy recovered to a certain degree.The experimental results mentioned above have been analyzed in terms of thermodynamics.Under appropriate conditions,the Fe-Ti-N master alloy used for grain refinement of the solidification structure of 409L ferritic stainless steel may have good prospects for industrial applications.     

节铬型铁素体不锈钢连铸板坯凝固过程热模拟

连铸板坯凝固传热主要在厚度方向进行,这造成了连铸坯大部分区域由侧面向中心凝固,因此可以近似地用非稳态定向凝固进行热模拟。利用自主研发的水平式连铸坯枝晶生长热模拟装置研究了新型节铬铁素体不锈钢连铸坯凝固组织,以期在工业生产前预测连铸工艺对其凝固组织的影响。热模拟试样热端温度采用连铸坯心部冷却曲线进行控制,并通过调节冷却水流量控制热模拟试样冷端的冷却强度,从而实现由冷端向热端的非稳态定向凝固。实验发现过热度和冷却强度对热模拟试样的等轴晶率及其平均晶粒尺寸影响不显著,但大的冷却强度会导致柱状晶长度增加。     

Grain Refining of 409L Ferritic Stainless Steel Using Fe-Ti-N Master Alloy

A deliberately prepared Fe-Ti-N master alloy was employed as a grain refiner for the 409L ferritic stainless steel in an attempt to refine the as-cast solidification structure. It was found that the average equiaxed grain size of the sample deceased from 1503 to 303 μm and the proportion of equiaxed grain zone increased from 14 to 100 pct with increasing the Fe-Ti-N master alloy addition level to 2.5 wt pct. Hence, this method may have good prospects for industrial applications.     

E36船板钢板坯凝固组织模拟研究和应用

为改善钢厂E36钢板坯内部质量,通过ProCAST软件建立E36钢板坯凝固过程数学模型,并在此基础上采用CAFE模块对研究过热度(10~25℃)、拉速(0.70-0.85 m/min)和二冷比水量(0.30~0.39 L/kg)等不同连铸工艺参数以及加入电磁搅拌的300 mm ×2 070 mm铸坯凝固组织进行模拟。从模拟的结果可知,过热度每增加10℃,等轴晶区比例减少3%,随着过热度的增加,柱状晶区增大,等轴晶区减少。在二冷区安装电磁搅拌使等轴晶区增加,平均晶粒半径减小。根据模拟结果进行工艺优化,将过热度由15℃降到10℃。通过对比优化前后铸坯低倍组织,可以看出铸坯等轴晶区明显增大,中心偏析得到有效改善。     

凝固组织对超低碳铁素体不锈钢皱褶和深冲性的影响

为了研究凝固组织对超低碳铁素体不锈钢成形性的影响,采用XRD和SEM等分析手段详细研究了材料的皱褶和深冲性能。研究发现:相对于等轴晶的试样,柱状晶试样展示了更高的皱褶高度,这主要同柱状晶试样中存在明显的晶粒簇有关;经最终的再结晶退火后,等轴晶试样也展示了更好的深冲性能,这同等轴晶试样形成了强烈的γ纤维织构紧密相关。     

连铸工艺参数对20CrMnTi齿轮钢150 mm x 150 mm铸坯凝固组织影响数值模拟和生产应用

为改善20CrMnTi钢小方坯凝固组织,基于ProCAST软件中的CAFE模型,对其凝固组织进行数值模拟,研究了不同钢水过热度、铸坯拉速、二冷比水量对凝固组织的影响。模拟结果表明,降低钢水过热度、提高铸坯拉速、降低二冷比水量均可达到增大铸坯等轴晶率和细化晶粒的目的,其中过热度对其影响最大。过热度每降低10℃,等轴晶率平均增加3.7%;拉速每增加0.1 m/min,铸坯等轴晶率平均增加1.8%;比水量每降低0.1 L/kg,铸坯等轴晶率平均增加1.65%。生产应用表明,钢水过热度30℃时,当拉速由原2.2 m/min降低至2.1 m/min,二冷比水量由0.6 L/kg提高至0.7 L/kg,铸坯中心疏松明显减少。