胀断连杆用高碳微合金钢连铸大方坯的铸态组织

胀断连杆是汽车精密传动用高端产品,需具高强高韧和裂解加工脆性解理断裂特性。连铸化生产高碳易切削胀断连杆用微合金非调质钢是当前的发展方向。基于大方坯连铸生产典型工艺及其铸态组织、成分均匀性分析,研究了胀断连杆加工过程常见断口形貌不合的钢坯遗传性因素。以常用德系C70S6钢为例,采用250 mm×280 mm断面弧形连铸机,解析其在一定结晶器电磁搅拌条件下所浇铸大方坯的铸态低倍结构和枝晶形貌,并分析其不同晶区的成分分布特点。结果表明,当前连铸条件下大方坯中心缩孔和后续热轧棒材探伤合格率可控,但铸坯初凝坯壳凝固前沿发生明显的C、S负偏析白亮带区及其柱状晶偏转现象。金相试样图像分析和相场法凝固模拟表明,铸坯中柱状晶具有逆流生长特征,其偏转角是一次枝晶尖端向旋流方向逆向生长的结果。自铸坯角部至宽、窄面中心,实测柱状晶区的一次枝晶偏转角约在?7°到27°之间。利用X射线能谱分析（EDS）进一步检测了钢中主要合金元素Si、Mn、Mo在铸坯不同晶区的分布,揭示了其铸态偏析特征与差异性。据此,探讨了这种铸态组织和成分偏析对后续热轧棒材和连杆成品组织的遗传性,以及对其胀断加工断口不合的影响,可为源头铸态质量的控制提供依据。      

连铸控流模式对大方坯及棒材组织结构与宏观偏析影响

以中碳结构钢大方坯及其热轧棒材为研究对象,通过对铸坯和轧材进行低倍侵蚀和成分分析,揭示了连铸控流模式对大方坯凝固组织与宏观偏析分布特征的影响及其铸轧遗传性。研究表明:常规直通水口浇注模式下,结晶器电磁搅拌(Mold electromagnetic stirring, M-EMS)电流由0增加到800 A,铸坯等轴晶率由6.06%仅可增加到11.71%,难以有效避免大方坯常见的中心缩孔缺陷与突出的中心线偏析。采用新型五孔水口浇注模式,即使不开启M-EMS,铸坯中心等轴晶率仍可达23.1%,大方坯中心缩孔级别可降至1.0级以下,满足后续热轧大棒材探伤要求。同时发现,五孔水口浇注模式下,大方坯铸态组织中往往会出现较为明显的柱状晶到等轴晶转变(Columnar to equiaxed transition, CET)区,铸坯断面碳偏析指数呈M型分布,表现为断面1/4位置CET区域碳偏析指数最高。大棒材轧制基本改变不了铸坯断面宏观偏析的分布形态,且可能导致中心线偏析指数增加。同时指出,基于连铸控流模式的作用规律和铸?轧遗传性特征,以及特殊钢长材热加工对中心致密度和偏析分布与程度的要求,实际生产中应从连铸工艺源头合理地控制铸态组织与宏观偏析分布形态。      

SiCaBa合金对55SiCr弹簧钢的脱氧脱硫及夹杂物控制研究

针对服役条件要求苛刻的55SiCr气门弹簧钢,采用高温管式炉试验研究了低氧条件下向钢中加入SiCaBa合金的脱氧、脱硫及夹杂物控制规律。结果表明,SiCaBa合金有进一步深脱氧、深脱硫的效果,并可细化夹杂物尺寸;在钢中加入0.48 kg/t_钢的SiCaBa合金（49.8%Si-25.6%Ca-11.1%Ba）和Fe₂O₃含量低于1%的精炼渣能使T[O]和[S]分别降至11×10^-6和8×10^-6。     

大方坯结晶器内液面波动与卷渣行为

为深入揭示不同水口类型对结晶器内钢液初始流动的影响,以某厂410 mm×530 mm的大方坯结晶器为原型,基于相似原理,采用1:1的物理模型,比较了直通型、五孔和四孔水口浇注时在不同拉速和浸入深度下的结晶器内液面波动和渣层状态。结果表明,3种水口的液面平均波高范围分别为0.20~0.30、0.23~1.10、0.35~1.28 mm。五孔水口和四孔水口的液面波动均比直通水口剧烈,渣层比直通水口活跃,尽管有轻微卷渣但无裸钢现象,这有利于保护渣的熔化和夹杂物的上浮去除。五孔水口和四孔水口对结晶器壁面的冲击比直通水口强,有助于铸坯中心等轴晶率的提高。推荐该大方坯使用多孔水口时浸入深度和拉速分别为170 mm和0.38 m/min,可保证生产顺行和铸坯质量改善。     

轻压下对GCr15轴承钢大方坯内部质量的影响

轴承钢棒材中心致密性和碳化物缺陷与大方坯铸态内部质量控制水平密切相关。以GCr15 轴承钢为研究对象,建立了大方坯连铸过程二维纵向凝固传热模型,结合现场测温试验验证了凝固模型的准确性。基于凝固末端轻压下补偿当地凝固收缩、控制中心缩孔的理论,通过对大方坯凝固进程的准确预测,揭示出其糊状区内合理的轻压下范围。其中,浇铸试验条件下对应铸坯中心固相率为0.30~0.75的合理压下区间为16.4~22.5 m。生产试验表明,轻压下对铸坯凝固组织转变与形貌影响不大,但可明显消除中心缩孔,中心疏松也可由1.5级以上稳定降至0.5~1.5级,满足轧制要求; 合理的轻压下位置和适度的轻压下量可明显改善轴承钢大方坯中心缩孔和中心疏松程度,提高轧材探伤合格率。同时也发现,压下位置与压下量分配不合理或不稳定可能诱发铸坯内裂纹,从而不利于轧材质量的稳定性和一致性。当前生产条件下,稳定拉速并在3~6号压下辊合理分配压下量可达到有效改善内部质量的目的。     

20CrMnTi连铸大方坯凝固规律的模拟计算

利用ANSYS软件建立了结晶器内钢水凝固传热及弹塑性应力分析有限元模拟模型。模拟计算出20CrMnTi大方坯在不同拉速和过热度下铸坯在结晶器内的凝固情况,并讨论了对铸坯质量的影响。结果表明：在相同的过热度下增加拉速或相同的拉速下增加过热度,铸坯的表面温度升高,坯壳厚度减小,沿结晶器高度方向上的收缩量减小,增大了出现中心疏松、中心偏析和缩孔的趋势。为较好地控制铸坯质量,在生产中过热度稳定在10～25 ℃,相应的拉速稳定在0.75 ～0.85 m/min。     

三流大方坯连铸中间包流场优化数值模拟研究

以三流大方坯连铸中间包为研究对象,建立了基于有限体积法(FVM)的中间包钢液流场和温度场耦合数值模型,对比分析了裸包和加控流装置中间包的冶金性能。结果表明:裸包状态下其中间流存在明显的短路流,死区比例大,且三流之间流动形态一致性差,钢水出口温差超过3 K,易导致铸坯质量的差异。通过合理设计挡墙和挡坝,中间包内钢液的流动状态可得到明显改善,死区比例大大降低,各流出口温差可控制在1 K以内。其中方案D挡墙加高挡坝工况下各流死区比例相对较低,对比裸包可分别降低17.9%和9.6%,且三流间流动状态更为接近,有利于更好地发挥中间包的综合冶金效果。     

非对称中间包稳态浇铸与换包操作的冶金效果

为合理评价并优化工业用三流非对称中间包的冶金效果,在对该中间包4种控流方案下稳态浇铸过程流场、温度场数值分析的基础上,通过RTD曲线定量分析了中间包不同控流方式下的钢水混合特性,并应用VOF模型追踪了换包操作时的钢液面行为。结合实际工况特点,从稳态和非稳态两方面研究了增设控流装置前后中间包的冶金性能,实现了对其实际浇铸条件下冶金效果的全面评价。结果表明,无控流装置的原型中间包结构不尽合理,存在明显的短路流,死区比例较大,钢水温度分布不均匀,且各流一致性差,易导致铸坯质量差异。导流隔墙组合湍流抑制器的控流方案可大大改善稳态浇铸时中间包流场及温度分布状况,包内死区比例较原型降低13.28%,3个出口温差仅为0.5K,各流一致性显著提高。然而,此方案在换包操作时可能出现钢液面速度较大及液面波动现象,易导致钢液暴露、二次氧化乃至发生卷渣,应注意换包时间及其液面高度和入口流量的控制。     

连铸坯点状偏析缺陷研究进展

 随着高端用户对钢材均质性要求的不断提高,国内企业和研究学者对连铸坯凝固组织与点状偏析的关注越来越多。点状偏析是管线钢、齿轮钢、弹簧钢、轴承钢等连铸坯中常见的溶质不均匀性缺陷,其尺寸在半宏观范畴,铸坯横断面上呈斑点状,纵断面上多呈V型,难以在后续的工艺中扩散去除,对产品使用性能具有重要影响。关于连铸坯点状偏析的形成机理已基本达成共识,但当前条件下彻底消除点状偏析仍具有非常大的技术难度。总结了作者近年来的研究工作和已报道的国内外研究成果,重点阐述了连铸坯点状偏析的概念、特征、危害、影响因素、形成机制和调控措施等,以期为其他学者提供一定的启发和参考。     

MgO与Al2O3对Al-MgO-Al2O3体系中MgAlON形成机理的影响

以电熔镁砂、α-Al_2O_3微粉、板状刚玉、白刚玉、金属铝及高纯镁砂为原料,铝酸镁溶胶为结合剂,氮气条件下1 700℃保温4 h分别制备了MgO基和Al_2O_3基Al-MgO-Al_2O_3复合材料。研究了氮气低氧分压条件下MgO和Al_2O_3稳定性差异对Al-MgO-Al_2O_3复合材料微观结构的影响并揭示了MgO基和Al_2O_3基中MgAl ON形成机理。结果表明:在氮气低氧分压条件下,MgO比Al_2O_3更不稳定;在1 000℃以上随着温度的升高,体系MgO和Al_2O_3反应形成MgAl_2O_4,随着温度的升高,C-O_2反应的进行,体系内氧分压逐渐降低,MgO不稳定,分解为Mg(g)和O_2(g)。在MgO基体系中,MgO分解量较多,导致局部氧分压升高,金属Al部分将被氧化成Al_2O(g),与N_2(g),Mg(g)和O_2(g)发生反应,生成片状MgAl ON:Al_2O(g)+O_2(g)+N_2(g)+Mg(g)→MgAl ON(s)。而在Al_2O_3基体系中,由于MgO分解量减少,氧分压较低,高温下金属Al转变成Al(g),与N_2(g),Mg(g)和O_2(g)反生反应生成板片状MgAl ON:Al(g)+O_2(g)+N_2(g)+Mg(g)→MgAl ON(s)。