双辊薄带铸轧凝固组织数值模拟

基于ProCast的元胞自动机(Cellular Automaton)-有限元(Finite Element)模型,以Si含量为6.5%的高硅电工钢为研究对象,建立了双辊薄带铸轧凝固组织演变模型,探讨了过热度、铸轧速度、铸辊表面与钢液间的传热系数等因素对薄板凝固组织的影响。结果表明,浇注温度越高,晶粒尺寸越大,柱状晶比例也越大。钢液浇注过热度过高,会使凝固区变小,有漏钢的危险。钢液浇注温度过低,凝固区域变厚,容易导致铸轧事故。随着铸轧速度提高,晶粒尺寸减小,柱状晶比例也减小。铸轧速度过低或过高,均容易导致铸轧事故。晶粒尺寸随着传热系数的增大而增大,柱状晶比例也随着传热系数的增大而增大。     

过热度对HRB400凝固传热的数值模拟研究

以首钢水城钢铁典型钢种的连铸凝固传热过程为研究对象,应用Procast软件对HRB400,150方坯连铸的凝固传热过程进行数值模拟,研究钢水过热度对铸坯液芯长度和铸坯凝固质量的影响。研究表明：过热度每增加10 ℃,液芯长度延长0.404 m。随着过热度的增加,拉矫区高温区域不断增大,铸坯表面裂纹减少,但中心疏松和偏析增加;HRB400钢液浇注温度应控制在1 552 ℃以下,既可以保证铸坯内部质量又可以减少表面裂纹的发生。     

基于CAFE模型研究过冷度/形核数对H13钢微观组织的影响

基于CA-FE方法对工业H13钢进行凝固过程数值模拟,建立了宏观温度场、浓度场和微观生长过程耦合的凝固组织模拟模型。以元胞自动机模型为基础,耦合有限元模型,在晶粒尺度上模拟了其凝固过程。应用建立的微观组织模型,研究了过冷度、形核数对凝固组织的影响。结果表明,过冷度处于0.1~5℃,晶区主要是中间等轴晶区为主,柱状晶区占有比极小,且生长趋势受到等轴晶的抑制;当过冷度处于5~7℃,柱状晶生长速度增大,占有比增加,但是中间等轴晶内部组织粗化,形状因子增大,晶粒尺寸和晶粒度偏差表现为先增大,后减小;然而,过冷度达到7~15℃,柱状晶生长受到内部等轴晶的抑制,柱状晶占有优势,且随过冷度增加,晶粒尺寸得到细化;且形核数增加,柱状晶区减小,等轴晶区增大,同时晶粒先增大后减小。     

连铸工艺参数对高碳钢小方坯凝固组织的影响

通过CAFE模型,对SWRH82B钢小方坯的凝固组织进行数值模拟,研究了中间包钢水过热度、连铸坯拉速、二冷比水量对铸坯凝固组织的影响规律。结果表明,钢液过热度从5℃增加到45℃,铸坯的等轴晶率从39.7%不断减小到23.1%,晶粒尺寸变大;过热度为25~35℃时,等轴晶率和晶粒尺寸变化小。二冷比水量从0.5 L/kg增加到0.8 L/kg时,铸坯等轴晶率逐渐从34.4%减小到29.2%,但是晶粒尺寸不断变大。比水量达到0.8 L/kg后,继续增加将不再减小铸坯等轴晶率,但是会细化晶粒。拉速从1.25 m/min提高到2.25 m/min,铸坯等轴晶率由29.1%不断增大到38.3%,晶粒也随之不断细化。     

锡磷青铜水平连铸坯凝固组织的数值模拟

水平连铸是锡磷青铜板坯生产的主要方式,凝固过程在结晶器内部进行,故凝固过程一直是“黑匣子”,为探索水平连铸工艺参数变化对铸坯凝固行为的影响规律,建立冷却参数与铸坯宏观组织之间的内在关系,本文对水平连铸锡磷青铜合金凝固过程中的晶粒生长进行准确建模并分析,研究牵引机拉速对铸坯温度场和凝固组织的影响。结果表明：铸坯出口温度随牵引机拉速增加而线性增加;提高牵引机拉速会使凝固位置外移、糊状区宽度增加、液穴深度增加,晶粒生长方向与牵引方向的夹角增大,心部等轴晶数目增加以及晶粒平均尺寸减小。     

连铸管坯的缺陷

<正> 肉眼观察时,连铸坯缺陷可分为内部缺陷、外表面缺陷和形状缺陷。一、内部缺陷一部分内部缺陷与连铸时的凝固条件有关,因此首先说明连铸坯的组织。一般情况下,连铸坯的凝固组织由三个区域组成:外层等轴晶区、柱状晶区和芯部等轴晶区。外层细晶粒区是由于钢液与水冷的结晶器接触时有强烈的散热而形成的。当钢液存在局部较大的过冷度时,形成无数的晶核,由此而形成细小的多边形晶粒。继续凝固时,沿温度梯度大的方向上的晶粒比其     

基于CAFE法对连铸坯凝固组织模拟及影响因素研究

应用CAFE法对中碳45钢的凝固组织进行了模拟研究。分别对连铸工艺参数和模拟凝固组织的形核参数进行了分析,其中工艺参数包括浇注温度和拉坯速度,形核参数包括平均形核过冷度和最大形核密度。结果表明,工艺参数和形核参数均对凝固组织有影响;平均形核过冷度的增大和浇注温度的提高,会降低凝固组织中的等轴晶率;最大形核密度和拉坯速度的增大,使得凝固组织中等轴晶率减少。     

电磁搅拌对HRB335铸坯质量影响的试验研究

采用对比试验研究的方法分析不同电磁搅拌强度下对低碳钢大方坯铸坯内部质量的影响,试验中采用搅拌电流分别为200、250、300、350 A.研究结果表明:增大低碳钢HRB335钢连铸结晶器电磁搅拌电流强度可以显著改善铸坯内部质量,铸坯中心区域等轴晶率由21.22%增至26.51%;搅拌电流对HRB335钢铸坯中心偏析、中心疏松等没有明显影响,铸坯横断面碳成分分布均比较均匀.使用结晶器电磁搅拌后,凝固前沿的液相对流会加剧,对以柱状晶生长的凝固前沿进行冲刷和清洗,凝固前沿的液相流动使母液与两相区的液体互相混合,使溶质浓度趋向均匀.     

连铸坯凝固组织的数值模拟

以莱钢特钢事业部50 t电炉生产线生产28MnCr5的连铸过程为研究对象,运用ProCAST软件的CAFE模块对28MnCr5齿轮钢小方坯的凝固组织进行模拟,研究不同过热度对铸坯凝固组织的影响。结果表明：浇钢过热度在10～40 ℃变化时,对结晶器的初生坯壳厚度影响很小,浇钢过热度提高,铸坯柱状晶枝晶明显变发达,等轴晶率显著减小。当过热度在10～20 ℃时,铸坯凝固组织符合28MnCr5对凝固组织的等级要求。     

保温时间对J55钢坯奥氏体晶粒尺寸的影响

连铸过程中的奥氏体晶粒尺寸会显著影响铸坯的热塑性,铸坯表面裂纹缺陷也往往与粗大奥氏体的形成有关。实验研究了将铸坯重新加热至1 350 ℃后保温时间对石油套管J55钢奥氏体晶粒尺寸的影响。结果表明,随着保温时间的增加,奥氏体晶粒尺寸变大。综合分析表明,对于J55钢,在1 350 ℃时至少保温30 min才能使其晶粒尺寸达到连铸过程中当时的奥氏体晶粒级别。以往采用高温热拉伸实验模拟测量铸坯高温热塑性实验中,多未考虑连铸过程中的实际奥氏体晶粒大小,实验结果不能很好地反映高温铸坯的热塑性。     

大方坯轴承钢GCr15凝固传热数值模拟

以某钢厂断面尺寸为280 mm×320 mm大方坯轴承钢GCr15为研究对象,借助ProCAST软件,建立了二维大方坯凝固传热模型,研究了拉速、比水量、过热度等工艺参数对铸坯凝固过程的影响,同时通过对铸坯中心固相率的研究,确定了与末端电磁搅拌位置、轻压下区间相匹配的最优拉速。结果表明,拉速的变化对铸坯中心固相率、凝固终点位置的影响最大,比水量的影响较大,过热度的影响最小;拉速每增加0.1 m/min,凝固终点平均增加1.97 m,二冷比水量每增加0.1 L/Kg,凝固终点平均减小0.82 m,过热度每增加10 ℃,凝固终点平均增加0.27 m。最佳拉速为0.85 m/min,此拉速下末端电磁搅拌位置和轻压下区间与铸坯合理的中心固相率相匹配。     

圆坯连铸凝固传热数学模型及应用

建立了Φ400mm大断面圆坯连铸凝固传热的数学模型。应用该模型计算了过热度、拉速以及冷却强度等因素对铸坯温度、坯壳厚度、凝固终点的影响,为现场生产确定了合理的二冷工艺参数。生产实践证明,当生产Φ400mm铸坯的拉速达到0．4～0．6．dmin时,自动控制的二次冷却制度满足工业连铸要求,可得到优质铸坯。     

Solidification structure simulation and casting process optimization of GCr15 bloom alloy

Based on the solidification heat transfer model and CAFémodel,the solidification structure of GCr15 bloom alloy was studied.Using nail shooting and acid etching experiments,the solidification models were verified.The secondary dendrite arm spacing(SDAS)model of GCr15 was obtained by simulation calculation and metallographic observation.With the increase of casting speed,the SDAS,equiaxed crystal ratio(ECR)and average grain size increase.With the rise of superheat,the SDAS increases in the 20-70 mm of thickness and decreases in the 80-160 mm of thickness.The ECR decreases and the average grain size increases with the increase of superheat.With the increase of specific water flow,both the SDAS and ECR decrease.The minimum average grain size is obtained when the specific water flow is 0.20 L·kg^-1.The central carbon segregation index is reduced from 1.11 to 1.075.     

Simulation on solidification structure of 72A tire cord steel billet using CAFE method

The solidification microstructure has an important effect on the mechanical properties of castings.Therefore,an FE (Finite Element) CA (Cellular Automaton) coupling model was developed for the simulation of solidification structure during the continuous casting process of 72A tire cord steel.In the model,the effect of phase transformation (l→g→a) during solidification was considered based on a thermodynamic database.The effect of electromagnetic stirring (EMS) was determined by increasing both the thermal conductivity and crystal formation rate in the liquid phase.The results show that the cooling curves and solidification structure calculated by this model agree well with the experimental results.The optimum pouring temperature range for tire cord steel casting was also discussed based on the present model.By comprehensive consideration of billet quality and smooth production,the pouring temperature should be controlled at about 1,495℃ under the casting conditions of the local plant in this study.     

320 mm×410 mm断面重轨钢连铸坯宏观偏析控制关键技术

针对320 mm×410 mm断面生产重轨钢宏观偏析较大的问题,在分析该断面生产重轨钢宏观偏析控制工艺难点的基础上,开展了电磁搅拌电流强度对比试验、重压下压下总量对比试验以及过热度与拉速匹配对比试验,获得了该断面生产重轨钢宏观偏析控制的最佳连铸工艺参数。试验结果表明,结晶器电搅电流强度600 A、2.4 Hz,凝固末端电搅电流强度330 A、7 Hz,重压下总压下量19～22 mm,过热度控制20～35 ℃、拉速控制0.70～0.72 m/min,生产的重轨钢连铸坯中心等轴晶率平均为41.2%,连铸坯中心偏析≤0.5级的比例达到85%,断面碳偏析指数控制在0.95～1.07,连铸坯质量较好,生产的钢轨质量满足标准要求,形成了320 mm×410 mm大方坯连铸重轨钢宏观偏析控制关键技术。     

剪切/振动耦合作用下连续流变轧制成形A2017合金组织演化及动态凝固(英文)

将振动倾斜板制浆技术与轧制技术有机结合,开发新型连续流变轧制成形技术,利用该技术制备A2017合金板材。研究连续流变轧制成形过程中A2017合金组织演化及动态凝固行为。结果表明,在振动倾斜板制浆过程中,由于倾斜板的强冷却及振动作用,熔体内部形核率较高,晶粒有两种长大方式:一是直接球形长大,二是先枝晶生长然后断裂球化,因此促进了球形晶和玫瑰晶的形成。在半固态浆料轧制过程中晶粒被拉长。随着浇注温度升高,晶粒尺寸逐渐变大。当浇注温度为650660°C时,可以制备表面形貌和内部组织较好的A2017合金板材,其内部组织主要由球形晶和玫瑰晶组成。     

用Cellular Automaton方法模拟压铸镁合金AM50的微观组织

基于Cellular Automaton(CA)方法的基本原理,建立了压铸镁合金AM50形核和等轴晶粒生长的二维数学物理模型,能够对任意晶向的等轴晶晶粒生长进行模拟。模型耦合了宏观传热与微观组织模拟计算,镁合金AM50阶梯块压铸件的温度场通过热传导反算法计算求得。对阶梯块压铸件不同阶梯表面的微观组织进行了模拟,并与金相试验结果进行了对比,它们在晶粒尺寸上吻合较好。     

Cellular automaton modeling of semisolid microstructure formation

Computer modeling of semi-solid structure formation is of significance in both understanding the mechanisms of globular structure formation and determining the effect of solidification conditions on final microstructure. A modified cellular automaton (mCA) model has been developed, which is coupled with macroscopic models for heat transfer calculation and microscopic models for nucleation and grain growth. The InCA model is applied to A356 Al alloy - one of the most widely used semi-solid alloys, to predict grain morphology and grain size during semi-solid solidification, and determines the effects of pouring temperature on the final microstructure. The modeling results show that the lower the initial temperature, the finer grain size will be obtained. In addition, the model can be used to predict the solutal micro-segregation.     

Grain structure and texture evolutions during single crystal casting of the Ni-base superalloy CMSX-4

The solidification grain structure and texture evolutions during single crystal (SX) casting of the advanced Ni-base superalloy CMSX-4 have been investigated. In order to understand the development of the solidification grain structure, SX casting experiments were carried out with a specially designed grain selector in a Bridgman directional solidification (DS) furnace. In addition to casting trials, the SX casting process was simulated by a 3-D cellular automaton-finite element (CAFE) model. The predicted solidification grain structure and the texture evolutions were validated by comparison with the microstructural observation and the electron back scattered diffraction (EBSD) results. It was shown that the overall grain structure, crystallographic texture evolution, and the location where the final selection of the single crystal occurs can be predicted well by the present CAFE model. The axial texture evolution of the single crystal was found to be significantly influenced by the grain density at the chill surface. The CAFE predictions also revealed that the geometry of the grain selector plays a significant role in the final selection of the single crystal.     

压铸镁合金微观组织模拟

采用CellularAutomaton微观模型 ,对压铸镁合金的三维微观组织演变进行了模拟。在模拟过程中 ,采用连续形核模型处理液态金属的异质形核现象 ,通过正态分布函数描述形核质点密度随温度的分布关系 ,在给定过冷度时对分布函数积分可得到该时刻的形核密度 ,晶粒生长模型则考虑了枝晶尖端生长动力学和择优生长方向 <10 10 >,也考虑了温度场的影响 ,并完成了宏观温度场和微观计算的耦合。最后通过压铸镁合金标准拉伸试棒金相试验 ,对模拟结果进行了验证 ,试验结果和模拟结果在平均晶粒尺寸方面符合较好