齿轮钢连铸坯凝固组织与溶质分布均匀性

分析了20CrMnTi齿轮钢200 mm×200 mm连铸坯凝固组织和溶质分布的均匀性,提出了不同过热度时粗大等轴晶和点状偏析的共生机理,制定了齿轮钢连铸均质性控制策略。结果表明,齿轮钢连铸坯凝固组织受到钢水过热度的直接影响,提高过热度会减小等轴晶面积,降低对中性,减小等轴晶尺寸;齿轮钢连铸坯凝固组织直接影响C元素中心偏析和断面分布均匀性,提高等轴晶率有利于降低中心偏析,但会增大等轴晶区溶质波动范围;齿轮钢连铸坯凝固组织直接影响半宏观尺度的点状偏析,提高等轴晶率会增加大尺寸点状偏析数量,Cr、Mn溶质偏聚程度也会增加。为了同时提高齿轮钢组织和成分均匀性,比较理想的连铸低倍结构特征是等轴晶率低、等轴晶尺寸小而均匀、对中性良好。     

含氮不锈钢凝固模式及显微组织研究

研究了四种不同N含量的18Mn18Cr N不锈钢的凝固模式、显微组织和元素分布.结果表明:N含量影响18Mn18Cr N合金系的凝固模式和显微组织.氮的质量分数由0.07%增加至0.72%时,实验钢的凝固模式由F模式转变为A模式,显微组织由铁素体和奥氏体魏氏两相组织转变为铁素体和奥氏体两相组织以及单相奥氏体组织.N含量影响奥氏体相形貌,随N含量增加,奥氏体由板条状、针状转变为枝晶间和等轴状.枝晶间和等轴状奥氏体晶粒中存在褶皱形貌,且随着氮含量增加,褶皱数量增多.褶皱的产生与凝固过程中奥氏体相内部Fe、Mn、Cr元素的偏析有关,且该凝固偏析被保留至室温组织中.      

电磁搅拌对GH4169合金1 t电渣锭凝固组织的影响

研究了 1 t电渣锭重熔过程未加电磁搅拌和6 Hz,50 - 200 A电磁搅拌对GH4169合金(/% ：0.04C, 0.21Si,0.05Mn,52. 85Ni,19. 8OCr,5.20Nb,3.05Mo,0.55A1,1.02Ti)凝固组织的影响。结果表明,电磁搅拌可以显 著细化合金晶粒,增大等轴晶比率,降低二次枝晶间距;但当搅拌电流N100 A时,电渣锭的共晶组织增多,降低了 电渣锭的塑性;当电流为50 A,频率为6 Hz时,等轴晶比例最高,二次枝晶间距最小,电渣锭中心位置Laves相含量 最低,合金中共晶组织最少,合金塑性最好。     

镁处理对430铁素体不锈钢夹杂物形成和凝固组织的影响

试验研究了0.000 5%～0.001 2%Mg对60 kg真空感应炉熔炼的430铁素体不锈钢(/%:0.04C、0.25～0.32Si、0.28～0.38Mn、16.5～16.9Cr)夹杂物形成和凝固组织的影响。结果表明,430钢液中添加镁合金后,钢中形成平均粒径更小,数量密度更大的含MgO复合夹杂物;镁合金的加入可以改善430钢的凝固组织,且浇铸温度越低,改善效果越明显,在1 580℃浇铸时,等轴晶率由常规钢的30.8%提高至镁处理钢的88.5%,相应等轴晶尺寸由1 741.6μm降至945.3μm。含MgO夹杂物与δ相二维错配度极小,可作为430钢有效异质形核剂,促进等轴晶的形成,抑制柱状晶的生长,细化凝固组织。     

CuSi3Mn合金上引连铸工艺参数的研究

CuSi3Mn合金是一种可适用于异种金属（铜与钢）焊接且性能优越的焊接材料,然而该合金凝固区间宽、黏度大,上引连铸生产过程易出现表面裂纹、凹坑和断杆等问题。为此,采用ProCast有限元软件对上引连铸CuSi3Mn合金杆成形过程进行数值模拟,研究了模具结构、上引温度、上引速度和合金成分对上引连铸过程中合金糊状区深度和凝固组织的影响规律。结果表明,适当降低Si含量,提高Mn含量和上引速度,有利于细化晶粒,提高等轴晶率;降低一冷区高度和减小模具厚度、提高上引温度,可减小糊状区深度,有利于凝固组织稳定生长,但铸坯晶粒尺寸增大,等轴晶率降低。在合金Si含量为2.8%～3.0%（质量分数）、Mn含量为1.0%～1.2%（质量分数）,采用4号模具,控制上引速度为4～5 mm/s,上引温度为1 040～1 140℃的较优条件下,可成功生产出质量合格的CuSi3Mn合金杆。     

Ce与Ca—Si对低硫16Mn钢一次结晶组织的影响

作者采用定向凝固工艺考察了Ce与Ca—Si对于低硫16Mn钢一次结晶的影响。研究发现:Ce使胞晶间距离增加;使二次枝晶臂间距变小;使柱状晶区缩短;使等轴晶粒细化;使C、Mn的显微偏析减少。而Ca—Si对一次结晶几乎没有影响。实验工艺可以排除晶体固一液界面附近的夹杂物,因此;Ce的上述影响主要是Ce作为溶质元素的合金化作用。     

板坯连铸工艺参数对取向硅钢铸坯中心等轴晶率的影响

通过对取向硅钢铸坯的低倍检验,研究了中间包钢水过热度、电磁搅拌电流、二冷水强度、拉速及断面尺寸对铸坯中心等轴晶率的影响。结果表明,试验条件下,中间包钢水过热度控制在14~18 ℃范围内时,因过热度不同引起的中心等轴晶率的变化较小,变化范围仅为0%~3%;电磁搅拌电流和铸坯断面尺寸对中心等轴晶率的影响较为明显,随搅拌电流的增大,中心等轴晶率呈增加的趋势,而当铸坯断面尺寸增加时其呈减小的趋势;二冷水强度和拉速对中心等轴晶率的影响相对较小,随着二冷水强度的增大,中心等轴晶率呈减小的趋势,而当拉速提高时其呈增加的趋势。     

二冷电磁搅拌对无取向硅钢连铸坯质量的影响

研究了二冷电磁搅拌参数对无取向硅钢XG800 WR连铸板坯等轴晶率、中心偏析及白亮带的影响。结果表明,搅拌电流从0A增加到400 A,铸坯等轴晶率由19.6%增至26.5%;搅拌频率从0Hz增加到8 Hz,等轴晶率由21.7%增至26.1%。随搅拌电流增加,铸坯中心S、Si、Mn的偏析度先减小而后增加;搅拌强度过大,铸坯出现白亮带,白亮带处Si、Mn、S产生负偏析,S的负偏析最大,相应会导致铸坯中心S、Si、Mn元素的正偏析显著增加。综合考虑增加铸坯等轴晶率和减轻中心偏析以及避免产生白亮带,选取350 A/6 Hz的电磁搅拌参数为最佳。     

焊接参数对超细晶粒钢SS400焊接接头组织和硬度的影响

分别采用J442(/%:≤0.12C、0.3~0.6Mn)、J506(/%:≤0.12C、≤1.6Mn)和J507(/%:≤0.12C、≤1.25Mn)焊条对7 mm SS400钢板(/%:0.18C、0.04Si、0.43Mn、0.022Al、0.002Ca)在热输入6~14 kJ/cm下进行手工电弧焊实验,并通过光学显微镜和显微硬度计观察和测试焊接接头的组织和硬度。结果表明,随焊条合金元素含量的增加,焊缝组织中针状铁素体量增加,当热输入≤10 kJ/cm时,焊接热影响区粗晶尺寸变化不大,当热输入大于10 kJ/cm时,粗晶尺寸明显增大;不同焊接工艺焊接接头的显微硬度均高于母材的显微硬度,没有接头软化现象。     

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。     

合金元素对20CrMnTi钢凝固组织影响的模拟

 为了改善20CrMnTi小方坯的凝固组织,采用移动边界法先对20CrMnTi钢的温度场进行模拟,在此基础上,采用元胞自动机有限元法（CAFE法）对其凝固组织进行了数值模拟。当模拟结果与实际结果基本吻合时,进一步探讨了硅、铬、锰、钛等合金元素对20CrMnTi钢凝固组织的影响规律。模拟结果表明,在该钢号的合金元素规定范围内,适当减少硅元素的质量分数,能够提高铸坯中心等轴晶比例,使晶粒数目增加,晶粒平均半径减小。适当添加铬元素能够扩大铸坯中心等轴晶区,从而减小晶粒平均半径,增加晶粒数量。增加锰元素质量分数可以提高铸坯的中心等轴晶率。最后根据所得模拟结果对该钢种的合金元素进行调整,达到了扩大铸坯中心等轴晶区和细化晶粒的目的。     

弹簧钢轧制过程方坯凝固组织及偏析的遗传性研究

为了分析轧制过程方坯凝固组织及偏析的遗传性,以具有不同等轴晶率和偏析度的60Si2Mn方坯为试验对象,将断面为150 mm×150 mm的铸坯轧制成直径分别为75 mm和25 mm的2种棒材,检测了具有不同等轴晶率铸坯的偏析指数及钢材内部不同位置的力学性能。结果表明,在等轴晶率为42.7%~50.0%的范围内,铸坯距中心21.2 mm以外的偏心区域,碳的偏析指数并未随着等轴晶率的增加而提高;钢材的内部存在疏松和轻微偏析,且中心区域的力学性能相对更差,因此铸坯的中心偏析、疏松等缺陷会遗传至钢材;25 mm圆钢的力学性能及均匀性均优于75 mm圆钢,所以压下量的增加可减轻铸坯中心偏析的遗传性影响。     

经济型铁素体/贝氏体高扩孔钢的组织与性能

 通过TMCP工艺实验,研究了Si、Mn含量对低碳Si Mn钢显微组织、力学及成形性能的影响,探讨了铁素体/贝氏体双相钢(FB钢)在扩孔过程中的裂纹形成及扩展行为。研究结果表明,增加Si含量,实验钢中等轴铁素体的体积分数增加,扩孔性能得到改善;而增加Mn含量,实验钢的强度和韧性显著提高,但塑性和扩孔性能有所下降。FB钢中的裂纹扩展主要是以微孔聚集机制进行,当遇到贝氏体时,裂纹通过铁素体 贝氏体相界面并剪断铁素体进行扩展。合理选择Si、Mn含量和TMCP工艺参数,可以获得690 MPa级的经济型热轧FB高扩孔钢,扩孔率达到了95%,综合性能较好。     

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.      

GCr15轴承钢大方坯微观组织数值模拟

以某钢厂GCr15钢大方坯为研究对象,采用ProCAST软件建立凝固数学模型,在此基础上采用CAFE模型对铸坯凝固组织进行模拟,研究了过热度、拉速和二冷强度对铸坯凝固组织的影响。结果表明:过热度对铸坯凝固组织影响较大。随着过热度的提高,同一位置柱状晶区平均晶粒半径增大,柱状晶区增大,中心等轴晶比例减小,柱状晶向等轴晶转变延后,过热度由40℃降低至10℃时,中心等轴晶率增加21.14%。拉速和二冷强度对铸坯凝固组织影响较小。随着拉速的提高或二冷强度的降低,柱状晶区减小,中心等轴晶比例增大,柱状晶向等轴晶转变提前,但其变化并不明显。在实际生产过程中可以通过降低过热度来细化铸坯凝固组织晶粒。     

电磁搅拌对轴承钢凝固组织的影响

通过轴承钢的静态浇铸实验,研究了电磁搅拌对轴承钢铸锭凝固组织的影响。推导出成分过冷度计算公式和极对数为3时的电磁力计算公式,运用该公式分析了电磁搅拌对轴承钢铸锭凝固组织的影响机理。实验结果表明:电磁搅拌有利于轴承钢凝固过程中柱状晶向等轴晶的转变,随着电磁力的增加,铸锭的等轴晶比率由17.6%增大到43.6%,改善了铸锭的内部质量。     

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。     

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。     

结晶器电磁搅拌对60Si2CrVAT弹簧钢凝固组织与中心偏析的影响

针对某厂60Si2CrVAT弹簧钢小方坯连铸坯存在的中心等轴晶率低以及比较严重的中心碳偏析等质量问题,系统研究了不同电磁搅拌工艺参数对断面150mm×150mm结晶器内磁场特性的影响,并通过工业试验研究了结晶器电磁搅拌(M-MES)电流和频率对宏观凝固组织和铸坯碳偏析的影响。研究结果表明:结晶器电磁搅拌(M-MES)电流增大,中心等轴晶率提高,铸坯中心碳偏析减小;搅拌频率对等轴晶率和铸坯中心碳偏析的影响呈非线性;优化最佳匹配的电磁搅拌电流和频率分别为340A和3.5Hz时,中心等轴晶率从21%增加到33%,中心碳偏析指数从1.22降低到1.05,消除了中心缩孔,铸坯内部质量有明显的改善。     

振动激发金属液原位形核的物理模拟

为了提高铸坯的等轴晶率、细化凝固组织,以30%氯化铵水溶液和铁素体不锈钢为研究对象,分别进行了物理模拟和浇注实验.结果发现:当一种带有冷却结构和高频振动的晶核发射器棒体插入氯化铵溶液时,在棒体表面将迅速形成大量的细小晶粒.这些晶粒在振动作用下被连续不断地弹射至溶液中,成为凝固过程中等轴晶的形核核心;晶核发射器的冷却强度越大、振动频率越高,则形成的晶粒数量越多且粒径越小;铁素体不锈钢液经振动激发形核处理后,凝固组织中的等轴晶率超过了80%.