镍基高温合金真空自耗数值模拟

摘要：基于某特钢厂生产过程,对镍基高温合金的真空自耗过程进行数值模拟,研究了不同电流强度、熔速和通入氦气对铸锭Nb元素宏观偏析、黑斑形成的影响规律。铸锭在顶部和1/4处产生较为严重的宏观偏析。随着熔炼电流强度增加,铸锭顶部的磁场增加,顶部宏观偏析和1/4处黑斑逐渐加重。随着熔速的增加,熔池深度增加,铸锭顶部的Nb元素偏析加重,铸锭1/4处黑斑增加。熔炼时通入氦气,铸锭冷却速率大幅度提高,铸锭的元素偏析程度和黑斑明显减少,且最大偏析部位向铸锭顶部移动。     

GH3030合金φ550mm电渣锭型锻造大型棒材产品评价

通过对GH3030合金大型棒材产品的成分均匀性、冶金质量、宏观组织、显微组织的检测、分析和讨论，得出：GH3030舍金0550mm电渣锭型锻造大型棒材产品成分均匀性良好，无宏观成分偏析；较锭型扩大前纯洁度得到了进一步提高，纯洁度较好，冶金质量较高；局部存在大晶粒，但能满足GH3030合金大型棒材探伤要求的评价。     

保护气氛电渣重熔GH4169合金的冶金质量

介绍了最新引进5t保护气氛电渣炉的主要特点及GH4169合金的冶金质量。由于采用强脱S效果和对夹杂物吸附倾向大的渣系、低稳定的熔速以及全封闭式Ar气保护，GH4169合金锭各部位合金元素均匀分布。普通GH4169合金的S、O含量分别降低至20ppm以下和6ppm左右，而精选原材料的YZGH4169合金的S、O含量分别降低至7ppm和5ppm左右。实验结果还显示了该ESR工艺的脱S去O效果远高于一般ESR和VAR工艺。     

USS122G钢锭真空电弧重熔工艺的数值模拟

 超高强度不锈钢以其超高强度和良好的韧性以及优异的耐腐蚀性能而广泛地应用在航空、航天等领域。真空自耗重熔(VAR)作为生产超高强度不锈钢铸锭的主要生产技术,具有去除钢中有害杂质、改善钢中元素偏析的功能。为了研究新型Cr-Co-Ni-Mo合金体系超高强度不锈钢USS122G的真空电弧重熔过程,通过工艺仿真优化软件(Melf-Flow-VAR),对VAR过程的宏观传热、传质和流动现象进行模拟,建立USS122G合金VAR过程的二维轴对称数学模型,预测了不同冷却速度下的温度场和熔池形貌,并着重分析了特定熔速下的温度场、流场的演变,有无氦气冷却的元素宏观偏析情况,最后以模拟工艺制备了USS122G合金660 mm铸锭进行验证。结果表明,熔速增加,熔池深度加深,熔池形貌由低熔速扁平状圆弧状高熔速深“U”变化,熔炼速率为4.5 kg/min的熔池形貌具有较窄的糊状区,在此熔速下,熔池形貌呈现圆弧状,且真空自耗炉的输入功率较低,流场模拟结果显示流体的流动方向沿边部向下,中部向上,在铸锭右侧呈现顺时针运动规律;模拟熔池在达到稳态后深度为132 mm,此时模拟熔池深度与实测结果基本一致;在熔炼过程中Cr和C元素均发生正向偏析,采用氦气冷却的铸锭中元素偏析程度较小,在距钢锭1/2R处到边部Cr和C元素分布规律与模拟结果吻合较好。本项研究成果为钢的工业化稳定生产提供了可靠的数据支撑。     

VAR熔炼GH2130合金点状缺陷的分析及改进措施

采用元素热力学平衡分配计算的方法,对GH2130合金VAR(真空自耗重熔)出现的宏观偏析及其析出相的形成特点进行了探讨。结果表明,合金中"点偏区域"主要是富Ti、C的一次碳化物和富Ti、Cr、W的Laves相等。这主要是由于钢锭重熔过程中VAR熔速过高所致。降低熔速、减小熔池深度后,有效避免了这种宏观偏析的产生。     

VAR熔炼GH2130合金点状缺陷的分析

采用元素热力学平衡分配计算的方法,对GH2130合金VAR(真空自耗重熔)出现的宏观偏析及其析出相的形成特点进行了探讨。结果表明,合金中"点偏区域"主要是富Ti、C的一次碳化物和富Ti、Cr、W的Laves相等,这主要是由于钢锭重熔过程中VAR熔速过高所致。降低熔速、减小熔池深度后,有效避免了这种宏观偏析的产生。     

钢锭内部的金属流动与宏观偏析

钢锭内部的宏观偏析取决于凝固过程中凝固界面处的溶质分配及固－液两相区中的溶质流动。溶质分配和流体流动受钢锭合金成分、冷却条件及凝固形式等影响。根据钢锭中宏观偏析形成的最新理论，从枝晶间流动、凝固组织、成分、冷却条件等方面，详细论述了钢锭中宏观偏析的控制。     

GH350合金铸锭元素偏析及其均匀化热处理

 利用光学显微镜、扫描显微镜及能谱仪,研究了经双联真空(VIM+VAR)冶炼生产的130mm自耗锭GH350合金铸态和不同均匀化过程中显微组织和元素偏析的规律。结果表明,铸态GH350合金中存在复杂的第二相组织和严重的枝晶偏析,Nb、Ti、Ta等溶质元素大量偏聚于枝晶间的Laves相等第二相中,而Cr、Mo等元素则偏聚于枝晶干。并且发现铸态GH350合金经1180℃×40h炉冷后,枝晶偏析基本消除,合金成分基本均匀。     

改善GH99合金板材力学性能的研究

GH99合金是时效强化型高温合金，其γ′相的含量决定了力学性能的水平，而合金的Al、Ti含量和板材固溶后的冷却速度是决定γ′相的含量的主要因素。另外，板材晶粒度的大小在一定程度上也会影响其力学性能。本文作者通过对这些原理的研究，摸索出了改善GH99舍金板材力学性能的措施：控制Al=2．0～2．1％、Ti=1．2～1．3％，晶粒度为5～6级；若Al、Ti含量超过这个范围，调整板材的固溶冷却速度和晶粒度可以改善合金的力学性能。     

钛合金VAR铸锭中的偏析

钛合金铸锭通常都是将海绵钛与合金添加料配合,压制电极块,焊接一次电极,然后二次真空电弧熔炼(简称VAR)而成.该工艺方法本身就存在来自合金元素添加方法引起的偏析和凝固偏析两大弊病.前者一是由于合金元素在电极块中分布不均匀,熔炼中来不及消除就凝固了;二是合金元素中有高熔点和高密度元素,在两次VAR中不能完全熔化和混合均匀.后者是由于电磁力、浮力和重力等因素引起的合金元素集聚而产生的宏观偏析与微观偏析.     

冷却速率对耐候钢中磷元素宏观偏析的影响

利用氧化铝保温模、钢模、铜冷却壁水冷模来浇铸得到不同冷却速率的耐候钢铸锭试样,研究了不同冷却速率对其凝固组织及磷元素宏观偏析的影响。结果表明,加快冷却速度可以细化柱状晶和等轴晶,有效减小磷偏析。为了深入研究冷却速度对耐候钢磷偏析的影响机理,利用定向凝固设备制备了不用拉速的定向凝固试样,利用电子探针分析其糊状区,得出不同冷却速率下耐候钢试样磷元素的溶质分配系数。研究表明,提高拉速,可以细化晶粒,使糊状区变宽,并降低糊状区溶质浓度,增大耐候钢中磷元素溶质分配系数,并明显降低耐候钢中磷元素的宏观偏析。     

激光诱导击穿光谱原位分析仪和电子探针在CrMo耐磨铸钢元素偏析分析中的联合应用

CrMo耐磨铸钢是重要的耐磨钢铁材料,凝固过程中的溶质元素偏析是影响CrMo耐磨铸钢组织和性能的重要因素,了解凝固过程中的溶质元素偏析对于CrMo耐磨铸钢的工业化生产具有重要的借鉴意义。宏观偏析和微观偏析是衡量材料偏析程度的两个指标,准确的测量其偏析状况是研究溶质元素偏析的基础。实验以CrMo耐磨铸钢为研究对象,采用激光诱导击穿光谱原位分析仪(LIBSOPA)和电子探针(EPMA)分析钢锭不同部位的宏观偏析和凝固组织中的微观偏析,结果发现,Cr、V和Mn元素在CrMo耐磨铸钢铸锭中宏观偏析程度较小,偏析比接近1,而Mo元素宏观偏析程度较大,其最大宏观偏析比超过1.20;Cr、Mo、V和Mn元素在CrMo钢凝固组织中均存微观偏析,且随着冷却速度的增加,Cr、Mo、V和Mn微观偏析程度也随之增加,其最大微观偏析比分别为1.39、2.63、3.47和1.83。LIBSOPA与EPMA在CrMo耐磨铸钢元素偏析分析中的联合应用,对全面了解CrMo钢铸锭元素偏析,优化铸造以及后续的热加工工艺具有重要借鉴意义。     

738H高合金钢冶炼主要杂质成分控制研究

阐述了以738H为代表的高合金钢主要杂质元素成分控制方法。重点考虑合金增磷量,通过"转炉双渣+抑制炉后回磷"方法实现磷含量稳定控制在140 ppm;通过精炼造白渣操作进行深脱磷,实现硫含量稳定控制在30 ppm以下。     

论GH901合金真空熔炼铸锭中硼的宏观偏析

硼以间隙固溶态和与Mo形成Mo3B2的化合态两种形式存在于GH901合金中。在GH901合金真空熔炼过程中，硼并不挥发，被氧化的可能性也极小。 GH901合金真空熔炼铸锭中硼的宏观偏析，是由硼在GH901合金中的三大特点决定的。硼的最大特点是：在氢、硼、碳、氮和氧这样一些典型的间隙元素中它是原子半径最大的一个，具有强烈的微观和宏观偏析倾向。在晶粒尺度的微观范围内，硼强烈向晶界和枝晶间偏聚；在铸锭尺度的宏观范围内，硼具有明显向结构密度较低的晶区偏聚的倾向，因而铸锭外层细晶区由于结构致密，硼含量相对低些，而柱状晶区由于组织致密度稍差，硼的含量相对高些。硼的另一个特点是，具有与Mo形成Mo3B2的很强的化学亲和力，但由于GH901合金中总硼含量少，大部分硼将首先间隙固溶于晶界和树枝晶间界，随后冷却时以二次Mo3B2的形式析出，而以一次Mo3B2的形式在铸锭凝固过程中最后结晶的硼量不很多，因而，铸锭中心的等轴晶区中硼的含量不会太高。硼的第三个特点是在高温下的扩散系数很大，因而铸锭均匀化处理时，随着M3B2的溶解，间隙固溶态硼的数量急剧增加，硼明显地表现出从外层的细晶区向内层的柱状晶区进一步偏聚的倾向。 GH901合金真空熔炼铸锭中硼的宏观偏析程度取决于铸锭表面细晶区的厚度和Mo在铸锭截面上分布的均匀程度。因而，真空感应熔炼铸锭中硼的宏观偏析程度主要取决于浇注温度、全熔后的保温温度和保温时间。而真空电弧重熔铸锭中硼的宏观偏析主要与熔池的大小和深度有关，因而主要取决于稳定熔炼电流的大小。 铸锭经变形，破碎铸态组织，获得均匀一致的再结晶组织后，由于消除了晶区结构密度差，可使硼在制件截面上的分布趋于均匀一致。     

DP980双相热轧钢带状组织成因及控制

通过分析1 000 MPa级DP980铁素体马氏体双相钢带状组织、连铸坯宏观和显微组织偏析,研究了该钢种带状组织的成因及控制方法。结果表明,连铸坯中心较内部其他部位偏析严重,连铸坯的中心元素偏析与热轧带钢的中心带状偏析有对应关系;枝晶间显微偏析度与带状元素偏聚度有较好的正相关关系。随着道次增加及反向轧制,铸坯初始枝晶取向转变为与轧制方向一致。连铸过热度控制在20~25℃、拉速为1.2 m/min,同时应用铸坯轻压下技术,连铸坯宏观偏析可控制在C1.0以下,热轧带钢的带状组织可控制在1.5级以下。     

钢锭铸造过程中宏观偏析的研究进展

宏观偏析现象普遍存在于铸造合金凝固过程中,直接影响材料的使用性能.近几十年来,研究工作者们对铸造过程中合金元素的宏观偏析进行了预测和控制研究,其目的是使钢锭中溶质元素的分布尽可能均匀.阐述了钢锭宏观偏析分布形式、形成机理和影响因素,详细地总结了宏观偏析数学模型的发展,介绍了钢锭宏观偏析的控制措施.最后,对铸锭宏观偏析数...     

ICP—AES法测定高温合金中痕量Ag

采用ICP—AES法对铁，镍基高温合金中痕量Ag元素的测定进行了研究，着重考察了GH169、GH710、GH44、GH128等高温合金中基体与舍金元素对Ag含量测定的影响；优选了试样溶解方式、最佳分析谱线及用BEC确定仪器工作参数，通过对准确度和精密度的检验，方法快速、准确、可靠，其检出限为0．0002％。     

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。     

电铝热多期法制备FeV80合金的偏析研究

利用扫描电镜、能谱分析、FactSage热力学计算等方法,研究了FeV80合金的微观形貌及元素分布情况,结果表明:FeV80合金主要由浅灰色的基体相(σ相)和深灰色的针状、颗粒状第二相(BCC-A2相)组成,且杂质元素Si更倾向于在σ相中析出。结合现场试验,对FeV80合金的宏观偏析进行了研究,受元素熔点、密度、凝固性等影响,合金各元素均存在不同程度的偏析,浇铸有利于合金元素的均质,但必须同时减缓冷却速度才能更显著地改善偏析,此时合金主元素V的极差、标准差最大,分别为1.510%和0.4714%,杂质元素S的极差、标准差最小,分别为0.004%和0.0017%。     

GH901合金的碳化物偏聚

通过对强碳化物形成元素Ti和Mo在GH901合金中偏析、扩散过程的探讨,得出对GH901合金锻坯进行1200℃均匀化退火,改善锻件中碳化物偏聚的方法.