镁钛复合处理对不锈钢凝固组织的影响及机制

摘要：TiN是铁素体不锈钢有效的异质形核剂，但钢中大尺寸的TiN颗粒会对不锈钢板材表面质量带来不利影响。为此，提出依靠镁钛复合处理来细化TiN颗粒及控制宏观晶粒的方法。通过良好气氛保护的电阻炉试验，研究了添加Mg和Ti元素对于铁素体不锈钢宏观铸态组织和TiN颗粒细化效果的影响规律，并对其细化机理进行了详细分析。经研究得知，向铁素体不锈钢中添加了微量Mg和Ti元素后试样宏观等轴晶比例由37%提高至50%，TiN颗粒平均尺寸由处理前的5μm细化至2μm。镁钛复合处理后，钢液中形成的MgO和MgAl2O4与TiN之间的晶格错配度很低，分别为1.14和5.29，均属于有效形核范围，可以成为TiN异质形核核心，促进在晶内均匀析出更多的TiN。同时基于TiN与铁素体相之间的良好的晶格匹配关系，其进一步促进了δ-Fe形核，从而有效细化了铁素体宏观组织，这将有利于提高铁素体不锈钢力学性能和表面质量。     

连铸板坯角部横裂纹产生机理与预防

针对某钢厂生产连铸坯普遍存在角部裂纹的生产现状,从钢种成分控制、结晶器操作、二冷控制等方面进行了详细分析,提出了严格控制钢种化学成分、稳定结晶器液面、弱化结晶器冷却、提高铸坯矫直温度和降低二次冷却强度的控制措施。通过调整结晶器和二次冷却强度,提高了铸坯的矫直温度,减少了铸坯角裂的发生率,大大提高了铸坯的合格率,降低了企业生产成本。     

连铸坯拉速对结晶器卷渣现象的影响

高拉速连铸具有高效、低成本的特点,是未来连铸的发展方向。以常规板坯结晶器为研究对象,采用大涡模拟方法对结晶器内的卷渣现象深入分析。结果表明,在连铸坯拉速较低的情况下,结晶器流场较为稳定,钢液冲击速度较小,上返流速度较小,界面波动幅度不大。在高拉速的情况下,钢液冲击速度增加,渣金界面速度及卷渣数量明显提高。通过界面最大速度分析,建立了一个临界卷渣速度的计算准则,发现不同拉速情况下的临界卷渣速度是不一样的,造成这种现象的原因在于卷渣机理的不同。本模型对控制常规板坯高拉速连铸生产具有一定指导意义。     

连铸钢包浇注过程中旋涡的形成机理

连铸钢包浇注末期出现的旋涡卷渣现象会对连铸钢水质量产生重要的影响,为了有效控制生产中的旋涡卷渣现象,对钢包浇注末期旋涡的产生机理开展详细研究.依据相似原理,构建了相似比为1∶6的钢包物理模型,对钢包浇注过程中旋涡产生及卷渣过程进行研究,分析了初始液面高度、出水口尺寸与布置位置、出水口结构等因素对旋涡形成规律的影响.结果表明：旋涡形成过程与初始液面高度无关;钢包出水口尺寸和布置位置对于旋涡形成过程影响显著.随着出水口直径的增大,旋涡临界高度逐渐增加;随着偏心率的增加,旋涡临界高度逐渐降低,最佳偏心率为3/4.提出三片挡块式出水口结构,可以显著降低钢包浇注末期的旋涡临界高度,降低高度达50％左右.     

电场作用下镁碳耐火材料在氧化性渣中的侵蚀行为

以高温氧化性炉渣为电解质,工业MgO-C砖为阴极,钼丝为阳极,研究外电场作用下耐火材料在CaO-SiO^2-FeO三元氧化性渣中的侵蚀行为。结果表明:在CaO-SiO2-FeO渣中,Si的还原电位约为-5.85V,Fe的还原电位约为-1.25V;当外加电压小于炉渣中离子还原电位时,电压趋使炉渣中离子(Fe^2+,Ca^2+)向阴极作定向移动,而SiO4^2-由于离子半径大,移动速度较慢,大部分滞留在阴极区域,使得阴极附近熔渣粘度不断增加,有效降低了炉渣渗透深度;当阴极电位低于炉渣中离子还原电位时,炉渣中Fe^2+和SiO4^2-将发生电化学还原,Fe和Si的析出促使熔渣组成发生变化,诱导高熔点相硅酸二钙沉积层的形成。高熔点沉积层有效阻断炉渣与耐火材料直接接触,使得熔渣在耐火材料中的渗透深度显著降低,提高了耐火材料抗渣侵能力。     

中间包微孔MgO耐火材料与钢液反应行为

为了评估新型中间包微孔MgO耐火材料与钢液的反应性,系统测定了不同钢液与微孔MgO耐火材料表观接触角,研究了界面化学反应产物以及钢中夹杂物组成的变化.结果 表明:含硫钢在微孔MgO耐火材料上铺展性最好,帘线钢次之,模具钢最差,主要是表面活性元素S降低了钢液表面张力所致;熔钢与耐火材料的界面行为中既包含了物理渗透又包含了...     

微镁处理对车轮钢组织与性能的调控作用

为揭示Mg在低碳微合金钢中的作用,以HR60车轮钢为研究对象,分别进行实验室感应炉试验和工业试验。采用OM、SEM-EDS和INCA定量统计等方法对比不同处理钢中典型夹杂物特征和微观组织形貌,并对试验钢的力学性能进行测定。结果表明:Mg处理后,钢中Al_2O_3夹杂变质为细小的MgO·Al_2O_3夹杂物,且含Mg夹杂物粒子可有效诱导针状铁素体形核,组织由"多边形铁素体(PF)+珠光体(P)"向"多边形铁素体(PF)+针状铁素体(AF)+退化珠光体(DP)"演变,组织得到细化;Mg处理后,车轮钢强度提高,工业试验钢中,Mg处理钢疲劳极限均大于460MPa,Ca处理钢疲劳极限在450MPa左右,Mg处理钢的疲劳寿命普遍优于Ca处理钢;实验室试验中,降低Nb、Ti含量,当钢中Mg的质量分数为18×10-6时,车轮钢的强度接近基准钢,认为利用Mg的微合金化作用来降低生产成本的方案具有可行性。     

多流T型中间包流场和温度分布模拟研究

针对6流和8流T型连铸中间包内钢液的流动情况建立了数学模型,采用FLUENT商业软件计算了两种构造的中间包内钢液的流动状况和温度分布情况。比较不同出口之间钢液流速和温度分布的差异,研究结果显示8流中间包和6流中间包的温度场和速度场分布大致相同,但两种中间包内各出口的温度差却存在较大差异,8流中间包的最大温差较6流中间包大2 ℃。通过研究确定了有利于发挥中间包冶金功能的中间包设计方案,为中间包的设计优化和现场生产提供了理论依据。     

四流中间包钢液流动行为的数学物理模拟

中间包内流体流动状态对铸坯质量的优劣起着至关重要的作用。采用合理的控流装置可以优化钢液在中间包内的流动特征,本文通过实验室物理模拟实验与数值计算相结合的方法,分析比较了两种导流隔墙对四流连铸中间包内流体流动特征的影响。物理模拟和数学计算结果能够较好地吻合,结果表明：与直板挡墙中间包相比,V型导流隔墙的使用将中间包死区体积分率降低了45%,各出水口之间响应时间和峰值时间之间的标准差有所减小,均匀了各水口之间的流动状态。     

四流中间包钢液流动行为的数学物理模拟

中间包内流体流动状态对铸坯质量的优劣起着至关重要的作用。采用合理的控流装置可以优化钢液在中间包内的流动特征,本文通过实验室物理模拟实验与数值计算相结合的方法,分析比较了两种导流隔墙对四流连铸中间包内流体流动特征的影响。物理模拟和数学计算结果能够较好地吻合,结果表明：与直板挡墙中间包相比,V型导流隔墙的使用将中间包死区体积分率降低了45%,各出水口之间响应时间和峰值时间之间的标准差有所减小,均匀了各水口之间的流动状态。