碳和锰的变化对包晶钢凝固模式和表面裂纹敏感性的影响

本文研究了在3种钢凝固过程中,化学成分、碳和锰含量以及冷却速率对凝固模式和相演变的影响,其中两个是亚包晶组成,另外一个是过包晶组成。并且推断了与裂纹敏感性有关的δ相和γ相力学性能差别以及凝固过程中的收缩。 碳或锰的轻微变化,当其变化数量级达到0．04％时,即可促进凝固过程中相演变的明显变化。试验观察到亚包晶钢接近包晶点,当冷却速率较高时可观察到锰的微观偏析,而且在凝固末端时,较高的冷却速率可促进过包晶凝固模式的发生。另一方面,凝固模式和所研究钢种的化学成分与裂纹敏感性无关,δ相和γ相力学性能差是导致两个固相分数区裂纹敏感性的原因。 而且与发生过包晶钢凝固模式的钢相比,对于亚包晶凝固模式的钢来说,包晶转变发生在固相分数较高区。因此,残留的液相能够补充包晶转变发生时固一液坯壳的收缩。所以在亚包晶钢中不仅可观察到由δ相和γ相力学性能差产生的裂纹敏感性,而且还可观察到液体不能补充与包晶转变有关的收缩。     

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。     

25CrMo钢锭点状偏析区微观组织特点

 为了研究钢锭点状偏析区微观组织特点,对CrMo钢锻坯中的斑点偏析区域进行了分析研究。研究表明,钢坯中的元素偏析区沿锻造方向拉伸且尺寸较小,可判断原铸锭中的偏析为3个维度方向尺寸相近的点状偏析。偏析区中铬、钼元素质量分数相对较高,在冷却后点状偏聚区形成贝氏体组织,与基体的铁素体、珠光体组织呈交错分布的特征,且夹杂物在偏析区富集比较明显,局部偏析区还存在气孔。钢中的点状偏析的出现主要原因是钢液凝固前沿过冷度降低,在成分过冷条件下,高熔点铬、钼组元在枝晶表面局部富集,随温度的下降,钢液中MnS夹杂物同时受枝晶表面的物理吸附作用聚集,同时增加了枝晶区域液相的黏度,导致气体溢出困难,在凝固后局部形成气孔。通过提高钢液凝固速度,降低钢液在固液两相区的停留时间,将有效缓解钢锭中斑点偏析的形成。     

钢锭的凝固与偏析

钢锭模中钢液的流动对钢锭的宏观与微观结构起着重要作用.钢液冷却时形成的凝固区包括有树枝状晶和树枝状晶前沿尚未冷凝的钢液.树枝状晶前沿并伴有钢液的部位占凝固区的大部分,一般来讲约占凝固区全长的0.67.1. 凝固区的分类为了阐明凝固区,将冷凝成树枝晶的部位称为p区,而将树枝晶前沿并伴有钢液的部位称为q区.凝固区的温度也正介于钢锭     

模铸钢锭用发热剂的研究与应用

模铸钢锭由表面向中心、由下向上凝固,为防止钢锭产生缩孔等冶金缺陷,均在钢锭冒口部位添加合适的保温材料,以提升钢液凝固后期的补缩效果.在对进口、HB、DA-F三类发热剂及碳化稻壳进行钢锭冒口保温试验对比及研究中发现,相同条件下等量使用三种发热剂时,根据发热剂燃烧温度,DA-F属于快热型发热剂,进口、HB属于慢热型发热剂;根据钢锭成材率情况,三种发热剂的使用效果由强到弱依次为进口、DA-F、HB,但考虑到生产实际中的性价比,效益由大到小为DA-F、进口、HB,因此甄选DA-F作为生产用主要发热剂.生产实践表明,使用DA-F发热剂后,钢锭冒口部位收缩平整,钢锭冒口缩孔发生率明显降低,有效提高了钢锭成材率.     

在连续冷却和裂纹敏感性下对亚包晶钢凝固的描述

本文描述了亚包晶钢在连续冷却条件下，凝固过程中的相转变。此外，通过采用文献中报道的数学表达式，评价了固一液相区的力学性能和空间变化，该数学表达式为相和溶质分布的比例函数。固-液相区的裂纹敏感性取决于相的比例，并且其发生在两个固相分数范围区，与冷却速率无关。对于具有最低固相分数值的区域，这种裂纹敏感性与γ相有关，而在最高固相分数值区域，则与8相有关。在包晶转变结束时，可观察到最高的相区收缩，考虑是由于在固相分数值介于0．92—0．98范围时，出现了裂纹敏感区。在高冷却速率条件下，可观察到明显的锰显微偏析，因为在高冷却速率条件下，促进了凝固模式的变化，从亚包晶模式进入到过包晶模式，并且促进从残余液相中形成固相区的扩张变化。     

脉冲电流对钢液凝固过程中夹杂物迁移行为的影响

在钢液凝固过程中施加脉冲电流,通过观察和分析凝固试样中夹杂物的形貌、数量、尺寸和分布状态等,以研究施加脉冲电流对钢中夹杂物迁移行为的影响。结果表明,在脉冲电流的影响下,钢液凝固初期形成的晶核会发生脱落而形成结晶雨;在晶核下落过程中,钢中夹杂物也会随之向下部迁移。随着脉冲电流强度的逐渐增加,钢锭上、中部夹杂物逐渐减少,晶粒尺寸变小。在本试验条件下,当电流强度为56.6 A/cm2 时,钢锭上、中部夹杂物的总面积和总数量分别比未施加脉冲电流时的降低46.9% 和35.6%。对于夹杂物含量要求较高的钢种而言,在钢锭凝固过程中施加脉冲电流,控制结晶雨的形成和迁移过程不失为一种有效去除钢中夹杂物、提高钢锭质量的技术手段。     

脉冲电流对钢液凝固过程中夹杂物迁移行为的影响

在钢液凝固过程中施加脉冲电流,通过观察和分析凝固试样中夹杂物的形貌、数量、尺寸和分布状态等,以研究施加脉冲电流对钢中夹杂物迁移行为的影响。结果表明,在脉冲电流的影响下,钢液凝固初期形成的晶核会发生脱落而形成结晶雨;在晶核下落过程中,钢中夹杂物也会随之向下部迁移。随着脉冲电流强度的逐渐增加,钢锭上、中部夹杂物逐渐减少,晶粒尺寸变小。在本试验条件下,当电流强度为56.6 A/cm2 时,钢锭上、中部夹杂物的总面积和总数量分别比未施加脉冲电流时的降低46.9% 和35.6%。对于夹杂物含量要求较高的钢种而言,在钢锭凝固过程中施加脉冲电流,控制结晶雨的形成和迁移过程不失为一种有效去除钢中夹杂物、提高钢锭质量的技术手段。     

20CrMnTi连铸瞬态与平均冷速条件下凝固原位观察

 宽淬透性带和大尺寸TiN析出物严重危害20CrMnTi齿轮钢的产品质量,其控制的关键基础是掌握连铸过程中凝固组织演变行为机理。传统高温激光共聚焦扫描显微镜(HT-CSLM)原位观察研究通常将糊状区冷却速率设定为固定值,这不能有效反映连铸凝固过程中冷却速率的变化。为此,以国内某钢厂20CrMnTi 160 mm×160 mm小方坯为研究对象,首先通过二维切片凝固传热计算,确定内弧表面下方20、40、60 mm位置处糊状区的热历程、瞬态与平均冷却速率,进而设计HT-CSLM试验升温与降温方案。然后,开展这些位置处糊状区瞬态与平均冷却速率条件下HT-CSLM试验,研究揭示不同冷却条件下20CrMnTi的凝固过程、δ晶粒生长动力学和包晶相变机制。最后,通过电子探针分析(EPMA),考察冷却条件对凝固组织尺寸的影响规律。结果表明,由于凝固潜热的补偿,内弧皮下20、40、60 mm位置处初始凝固阶段冷却速率较小,凝固中后期逐渐增大,且越深入方坯内部越显著。这些位置处的平均冷却速率分别为102.81、44.63和34.93 ℃/min。δ晶粒率先从钢液中析出,其平均生长速率随着冷却速率的提升而增大。在瞬态冷却速率条件下,随着凝固的进行,瞬时生长速率呈增大的趋势,但是在平均冷却速率条件下瞬时生长速率则略微降低。这是因为在瞬态冷却速率条件下,糊状区冷却速率由慢至快,不断补偿了凝固潜热,同时初始形核数量少,生长空间大,溶质过冷度的影响相对较弱。当熔体温度降低至包晶相变临界温度时,δ晶粒快速转变为γ晶粒,即发生块状转变,导致固相率迅速增加,且伴随有部分γ晶粒快速聚合。整体上讲,包晶相变临界温度随着冷却速率的增大而降低,但是也受溶质初始含量的影响。此后,剩余液相向γ相转变,直至完全凝固。晶粒半径随着冷却速率的提升而减小,且在平均冷却速率条件下比瞬态冷却速率条件更小,这取决于初始凝固阶段的形核数量。     

影响钢锭中A,V形偏析的几种因素

通道偏析产生于凝固过程中的固－液两相区，并在最后的凝固组织中以Ａ形或Ｖ形分布，近十几年，通道偏析的研究已有了很大的进展，减少这种缺陷的主要手段是减少或消除糊状区中枝晶间的液体液动，因此，合金成分和凝固过程中的导热条件是影响钢锭中Ａ、Ｖ形偏状的决定因素，基于通道偏析的形成机理，提出一些可以防止Ａ、Ｖ形偏析的措施，以指导实际生产。     

7 t锭型本体高度对凝固过程和冶金质量影响的数学模拟

锭型对钢锭凝固过程中的疏松、缩孔等缺陷有一定影响。对本体高度1 885 mm矮粗型（A）和2075mm细长型（B）两种7 t钢锭,通过铸造模拟分析温度场、凝固分数、凝固时间以及中心疏松缩孔情况进行分析对比, 7t（B）细长型钢锭本体中心长970 mm的封闭高温液相区,并且本体中心疏松率超过20%的疏松区域大约为180 cm³, 7t（A）矮粗型钢锭只有保温帽处有少量轻微疏松,本体基本没有。综合各项考虑,建议7 t钢锭采用7 t（A）矮粗型的钢锭设计。     

车轴钢铸锭中MnS的生成、长大、熟化规律分析

 为降低大尺寸MnS夹杂物引起的车轴磁粉探伤不合格率,利用第二相析出理论以及铸锭凝固数值模拟计算相结合,计算分析了车轴钢铸锭中MnS生成、长大、熟化规律。计算结果显示,MnS形核核心尺寸与熟化过程尺寸增加均为纳米级,凝固过程MnS的长大决定凝固完成时MnS粒子直径,理论计算得到车轴钢铸锭竖直中心线上冒口、中心、底部位置对应的MnS长大后尺寸分别为156.35、107.37和94.96 μm,中心处MnS尺寸为连铸工艺条件下的2倍,与实际检测结果相符。钢锭凝固过程缓慢是MnS易于长大的直接原因,显著区别于连铸过程。在现有工艺条件下,为控制车轴钢模铸钢MnS尺寸,关键在于降低钢液硫质量分数以及控制硫偏析。控制车轴成品中MnS夹杂物不超过1.5级,需降低钢液中w([S])至0.004 3%以下。     

电加热冒口铸钢辊凝固过程数值模拟及优化

为提高某铸钢轧辊的工艺出品率,节约能源消耗,本研究针对该轧辊铸造过程进行数值模拟,依据无损探伤缺陷位置确定合理的换热边界换热条件,再现了缩孔缩松的位置,并评估了冒口降低的可行性。结果表明,在冒口上表面换热系数为2.4 W/(m2·K)、发热效率为25%时,该铸钢辊的缺陷模拟结果与实际探伤结果最为接近。基于此,当减小冒口高度低于100 mm时,铸件本体内凝固缺陷并未加重;而当冒口减少高度超过150 mm时,冒口内部凝固缺陷有进入铸件本体的风险。     

Research and application of numerical simulation to optimization of ingot casting process

During the ingot casting process,the parametric changes of the molten steel pouring process often cause both ingot surface and internal quality defects. With the increasingly wide application of computers in industrial technology,numerical simulations of the molten steel pouring process enable predictions of the defects that will arise during the pouring and solidification process,especially for the molten steel flowduring the early stages of casting. In addition,using a computer to simulate the casting process of a 40 t ingot and solidification can prevent many defects. The simulation results indicate that controlling the pouring speed to less than 80 kg / s,hanging the casting powder in a mold with the hanging height maintained at 100-150 mm,and controlling the taper angle of the mold brick outlet to a suitable level can reduce the probability of slag entrapment and improve the internal and surface quality of the ingot.     

Influence of Mould and Insulation Design on Soundness of Tool Steel Ingot by Numerical Simulation

 The solidification of 4. 4 t cold work tool steel ingot type X210Cr12 was simulated by Magma software. By the reduction of ingot height, solidification modeling and pouring of a new 3 t ingot were performed and decreasing the porosity formation potential in 3 t ingot in comparison with 4. 4 t ingot on the basis of Niyama criterion was observed which was in good accordance with experimental data. In order to produce sound ingot, a new 2. 8 t ingot mould was designed which includes some parameteric changes in mould such as mould slope, slenderness ratio, mould concavity radius, fillet radius of mould internal corners and feeding diameter to ingot upper diameter ratio. Furthermore, the effects of insulating between kokil and feeding ring and also insulating the outer surface of feeding ring as well as insulating the outer surface of one third of kokil upper part on centerline porosity formation were investigated in both 2. 8 and 4. 4 t ingots. The results show that the ingot which was produced in new designed 2. 8 t mould has a better Niyama pattern and the centerline porosities were eliminated.     

Study on Factors Affecting the Structure of High SpeedSteel Ingot Produced by ESR

ＳｔｕｄｙｏｎＦａｃｔｏｒｓＡｆｆｅｃｔｉｎｇｔｈｅＳｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆＨｉｇｈＳｐｅｅｄＳｔｅｅｌＩｎｇｏｔＰｒｏｄｕｃｅｄｂｙＥＳＲＬｉＺｈｅｎｇｂａｎｇ；ＣｈｅＸｉａｎｇｑｉａｎＡｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｔｈｅｍｅｔａｌｐ...     

大钢锭凝固界面换热系数的数值模拟

基于热-黏弹塑性本构方程建立了大钢锭凝固时热-流-力耦合的3D有限元模型,并对8.5t钢锭浇注过程中不同位置处热流密度、气隙宽度和界面换热系数的变化规律进行了模拟分析。结果表明,钢水与钢锭模刚刚接触时的热流密度和换热系数最大,二者随后迅速下降,且角部区域的下降趋势略大于面部。凝固初期时热流密度和换热系数的最大值位置并非位于面部中心,而是在1/4宽度处;由于宽面对钢水静压力的抵抗作用小于窄面,其界面热流密度和换热系数也略大于窄面。凝固中后期时,换热系数的区域差异逐渐趋于不明显。同时,建立了基于凝固时间和界面温度的平均换热系数的反算模型。应用2个模型所求结果计算的钢锭和钢锭模温度变化与实测值及热-流-力耦合模型结果基本一致。进一步研究发现,界面换热系数随温度的变化规律可推广应用到3~30t钢锭的模拟研究中,计算结果与实际更为符合。     

Improvement in Quality and Yield of the Low Alloy Steel Ingot Casting Through Modified Mould Design

The internal quality and yield in 4 ton steel ingot of 40cmd8 grade was studied by comparing its solidification in a square cross-section mould with a slender rectangular cross-section mould, using FEM simulation. The model predicted various solidification aspects like fluid flow, thermal and solidification profiles, mushy zone, local solidification time, porosity and piping for both the molds. The convective flow of the molten metal during solidification showed higher velocity in square ingot than rectangular ingot under similar conditions due to lower surface area to volume ratio that affected the heat transfer in the rectangular ingot. Higher amount of air gap between the ingot and the mould was formed in rectangular ingots. Lower microsegregation as measured in terms of local solidification time was observed in rectangular ingot. Based on microstructure parameters such as thermal gradient and rate of solidification, it was found that the square ingot had more equiaxed zone than rectangular ingot. The rectangular ingot solidified at a faster rate and showed more propensity for core porosity than the square ingot. The ingot yield was improved by 3.6% through mould shape modification from square to rectangular. Model was validated to limited extent by carrying out a typical experiment with square mould.     

浇铸主要工艺参数及保护渣性能对模铸钢锭实物质量的影响

对贵钢一炼钢厂2010年1～6月份模铸钢锭裂纹缺陷及冒口部位收缩突出,严重影响钢锭质量的问题,利用钢液结晶凝固的普遍原理优化模铸生产工艺参数,并在改进固体保护渣成分、性能的基础上得以完全解决。     

GCr15轴承钢大方坯凝固过程微观偏析模型及应用研究

建立了考虑δ/γ相变的GCr15轴承钢大方坯连铸凝固两相区溶质微观偏析模型,并应用于220 mm ×260 mm铸坯的凝固传热。结果表明:通过模型可以获得高碳钢精确的固液相线温度,以及温度与固相率的关系;GCr15轴承钢大方坯凝固过程仅析出γ相,凝固末期S、P和C元素的偏析严重;固相率越大,冷却速率对偏析度的影响更明显;S和P元素含量以及冷却速率对零塑性温度（ZDT）影响较大;采用基于凝固传热模型优化的连铸工艺后,铸坯中心碳偏析指数控制在0.961.05,且铸坯未产生内裂纹。