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。     

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。     

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。     

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。     

工艺因素对SCM435钢大方坯凝固组织的影响

为了模拟不同工艺条件下的连铸坯的凝固组织,采用有限元法模拟了SCM435钢的连铸凝固过程,获得了325 mm×280 mm连铸坯的温度场,在此基础上与元胞自动机(Cell automaton,CA)耦合模拟凝固组织.结果表明,随浇注温度的降低,柱状晶区逐步减少,表面细晶区及中心等轴晶扩大,晶粒密度逐步增加,最大晶粒面积及平均半径大大减少;但中心凝固所需要的时间反而有所增加,中心处的晶粒的平均半径先降低后升高;拉速对凝固位置的影响较为显著,随拉速的增加,晶粒密度逐步减少,柱状晶宽度与中心处的等轴晶半径略有增加.     

PMO凝固均质化技术在20CrMnTi齿轮钢上的应用

 为了解决20CrMnTi齿轮钢在生产过程中铸坯柱状晶发达及铸坯元素分布不均匀等缺陷，运用上海大学研发并已在连铸生产中取得理想效果的脉冲磁致振荡(pulsed magneto oscillation，简称PMO)凝固均质化技术对连铸20CrMnTi齿轮钢矩形坯进行均质化处理。结果表明，经PMO处理的20CrMnTi齿轮钢铸坯中心等轴晶率增加1倍左右，中心碳偏析指数从1.22降为1.04。金属原位分析仪元素面扫描检测发现，PMO处理铸坯的各元素分布更加均匀，连铸坯宏观偏析得到有效控制。该技术为今后提高连铸坯内部质量提供了一种新方法。     

Hi-B钢连铸坯凝固组织及偏析的研究

通过工业试验,借助低倍检验、化学分析和原位分析等手段,对不同过热度和二冷比水量条件下Hi-B钢铸坯的宏观凝固组织和元素偏析进行分析检测,探究钢水过热度和二冷强度对铸坯凝固组织和元素分布的影响规律。结果表明,提高二冷强度,可使柱状晶率增加,降低过热度,可保留一定数量的等轴晶区。但过热度和二冷强度对铸坯中心等轴晶晶粒尺寸影响较小,铸坯中心等轴晶尺寸为3.0～3.4 mm。随着柱状晶率增加,碳的偏析逐渐改善,硫偏析先加剧后减轻。在过热度20℃、比水量1.38 L/kg的铸坯中,内弧侧粗大晶粒可达9.8 mm,高溶质浓度的钢液在枝晶间隙流动,造成严重的碳、硫偏析。     

C72DA高碳钢小方坯凝固组织模拟

为提高某钢厂C72DA钢内部质量,减少铸坯中心偏析,利用ProCAST软件对铸坯凝固组织进行模拟,并将凝固组织的模拟结果与铸坯的偏析情况进行对比。结果表明铸坯表面到中心碳偏析的变化规律与模拟得出的平均晶粒半径、最大晶粒面积变化规律相似。由此得出可以通过细化晶粒的方法来改善C72DA钢碳偏析。     

退火对齿轮钢枝晶偏析及元素扩散的影响

 为了研究退火工艺对20CrMnTi齿轮钢铸坯的枝晶形貌、合金元素（碳，硅，铬和锰）分布及其扩散的影响，利用光学显微镜（OM）对退火前后铸坯枝晶形貌进形了比较，利用电子探针（EPMA）对元素的分布进行了定量分析，并使用Thermo-Calc软件中的Dictra模块进行了模拟验证。研究结果表明，退火工艺使20CrMnTi齿轮钢铸坯的枝晶形貌显示得更加完整清晰，测量退火后铸坯中的二次枝晶间距为55 μm。铸坯中碳元素存在上坡扩散，偏析系数变大，偏析系数变化量?kC为0.666；硅元素存在轻微的上坡扩散，偏析系数变化量?kSi为0.041 5；锰元素扩散更加均匀，偏析系数变化量为?kMn为－0.141；铬元素扩散得更加均匀，偏析系数变化量为?kCr为－0.106。模拟结果显示，铸坯在保温温度为680 ℃，保温时间为2 h的退火工艺条件下，碳原子发生了上坡扩散，产生偏析现象；硅、铬、锰原子无明显扩散变化。     

过热度对60Si2MnA弹簧钢连铸坯凝固组织的影响

通过铸坯凝固组织生长单元的物理模拟方法,研究不同过热度对60Si2MnA弹簧钢铸坯凝固组织及宏观偏析规律的影响。结果表明:试验模拟的铸坯组织的等轴晶比例和晶粒尺寸与数值模拟和实际生产铸坯的组织相近,表明试验模拟可以很好地反映实际铸坯组织。随着浇注温度升高,柱状晶区长度增加,相应的等轴晶区长度降低。同时,凝固过程中有比较严重的碳宏观偏析,初始凝固区表现为负偏析,凝固末端表现为正偏析。过热度越高,凝固末端的正偏析越严重。     

奥氏体不锈钢凝固组织中残留铁素体特征研究

 采用化学侵蚀、彩色金相和电子探针（EPMA）等方法对AISI304奥氏体不锈钢连铸方坯凝固组织及其残留铁素体的形貌、化学组成等特征进行了分析,并采用DICTRA软件对铁素体向奥氏体的扩散转变进行了模拟研究,结果表明AISI304不锈钢铸坯表层树枝晶区的二次枝晶间距为12~20μm,富Cr贫Ni的残留铁素体呈骨骼状分布;铸坯中心等轴晶区的残留铁素体为蠕虫状分布,中心等轴晶区的残留铁素体富Cr贫Ni的同时富Si贫Mn,且其富Cr贫Ni的程度比柱状晶区的残留铁素体轻。钢液成分和先析铁素体向奥氏体扩散转变时间、距离是影响残留铁素体化学组成的主要因素。     

120 t BOF-LF-CC流程生产20CrMnTi齿轮钢的工艺实践

武钢条材总厂采用铁水脱硫-120 t BOF-LF-200 mm×200 mm方坯连铸-热轧工艺生产窄淬透性带20CrMnTi齿轮钢。生产结果表明,通过转炉高拉碳工艺,控制终点[C]≥0.08%,出钢时加0.8 kg/t铝块预脱氧、钢包吹氩喂氩喂铝线150 m,LF精炼时喂0.4 kg/t铝线和控制精炼渣碱度3.0~4.0,并采用精确调整合金成分,氩封长水口连铸等工艺措施,生产122炉20CrMnTi齿轮钢成分为(%):0.19~0.21C,0.22~0.31Si,0.85~1.04Mn,1.01~1.19Cr,0.04~0.09Ti,0.02~0.06Cu,≤24×10-6[O],≤55×10-6[N];疏松和偏析级别均≤1.0,晶粒度级别≥9.0;淬透性带宽△HRC≤5.9,满足标准要求。     

Microstructures and mechanical properties of melt-quenched ferritic stainless steels

Using the twin-roller type melt-quenching technique, the effects of rapid solidification on the microstructures and mechanical properties of ferrite have been examined in 17 pct Cr and 17 pct Cr-M steels where M = Ti, Nb, Si, or Al. The melt-quenched 17 pct Cr steels have the columnar and equiaxed grains which become finer with decreasing of specimen thickness. But the yield strength of these steels, which is about 0.48 GPa, remains almost unchanged with grain size refinement, contrary to predictions based on Hall-Petch’s relationship. The columnar structure of the melt-quenched 17 pct Cr-M steels is very fine on alloying with Ti and Si, while it is slightly coarse on alloying with Nb and Al. The hardness, yield strength, and fracture strength of these 17 pct Cr-M steels increase with increased amount of alloying element, these maximum values being about 460 DPN, 1.0 GPa, and 1.35 GPa, respectively, for 17 pct Cr- 6 pct Si steel, in the ductile compositional range. These are suitable values for a fine-gauge material having high hardness and strength as well as good ductility.     

37Mn5连铸圆坯中心等轴晶率预测

为控制油井管用连铸圆坯的质量,基于薄片移动法建立了连铸圆坯凝固传热数学模型,并应用Procast软件的CA—FE模块对37Mn5钢Ф150mm圆坯凝固组织进行了模拟。中心等轴晶率模拟结果与工业试验检测结果相一致,据此,建立了柱状晶-等轴晶转变判据。基于此判据的中心等轴晶率预测结果表明,降低过热度、提高拉速和降低二冷零段...     

PMO和冷却速率对5CrNiMoV热作模具钢凝固组织的影响

为研究脉冲磁致振荡(PMO)和冷却速率对5CrNiMoV热作模具钢凝固组织及偏析的影响,利用自制的高通量凝固过程热模拟试验机,对5CrNiMoV热作模具钢进行不同冷却速率下的PMO处理试验。结果表明,随着冷速增大,平均晶粒尺寸逐渐减小;PMO处理可以扩大等轴晶区,冷速越大,细化效果越明显。PMO作用下熔体内部产生强制对流,可以有效改善元素偏析,3种冷速下C元素相较于Cr元素和Mn元素偏析改善更显著。     

末端电磁搅拌对弹簧钢连铸坯内部质量的影响

 55SiCrA弹簧钢连铸坯容易出现内部质量问题,合理的末端电磁搅拌(F-EMS)能有效地改善连铸坯内部质量,但不合理的末端电磁搅拌会对连铸坯内部质量无改善作用甚至造成内部质量下降。为了提高连铸坯内部质量,得出最优末端电磁搅拌方案,研究了末端电磁搅拌参数对断面尺寸为150 mm×150 mm的55SiCrA弹簧钢连铸坯内部质量的影响。通过建立连铸过程凝固传热模型分析现行工艺下铸坯的凝固情况,确定末端电磁搅拌的位置为距弯月面8.45～8.73 m处。在测定末端电磁搅拌下连铸坯中心磁感应强度的基础上,对电流与频率进行匹配研究,并开展相应的工业试验。结果表明,在采用末端电磁搅拌参数为300 A/8 Hz时,55SiCrA弹簧钢的中心碳偏析平均值达到1.007,连铸坯中心缩孔改善,中心等轴晶率提高,连铸坯综合质量最好。     

低温度梯度结晶器的传热分析及工业应用试验

 结晶器内钢液凝固前沿温度梯度的降低可以阻碍柱状晶的生长、促进柱状晶向等轴晶的转变和提高等轴晶率,从而有利于铸坯组织的均质化。基于上述原理和结晶器传热计算,设计和制造了可用于降低钢液凝固前沿温度梯度的带隔热镀层的新型结晶器,并在方坯连铸机上进行了工业试验,分析了其对方坯凝固组织的影响。结果表明,低温度梯度结晶器可满足连铸生产要求;与传统结晶器相比,低温度梯度结晶器出口铸坯表面温度提高了108℃,相近拉速下该结晶器的平均热流密度相对更低,表明其减缓了钢液在凝固初期的传热,从而降低了凝固前沿的温度梯度;通过与低过热度、电磁搅拌技术相结合,低温度梯度结晶器生产的铸坯等轴晶率提高了8%～13%,中心偏析和缩孔严重程度明显降低。