凝固末端电磁搅拌对大方坯凝固组织的影响

对某钢厂80帘线钢在结晶器和凝固末端复合电磁搅拌(M+F-EMS)条件下生产的连铸大方坯的凝固组织进行了研究,从微观组织、成分偏析等方面进行了分析,探讨了凝固末端电磁搅拌对铸坯凝固组织的影响。结果表明,凝固末端电磁搅拌可以明显的细化80帘线钢铸坯中心部位凝固组织,减少了铸坯中心疏松和缩孔,降低了铸坯中心碳、硫偏析。     

帘线钢82B小方坯电磁搅拌结晶器多场传输行为

连铸电磁搅拌结晶器内钢液流动、传热、传质和凝固行为十分复杂且对铸坯质量影响巨大,为了进一步揭示电磁搅拌结晶器内多物理场传输行为及其相互影响规律,建立了电磁场作用下三维多物理场耦合连铸凝固模型,模拟研究了结晶器电磁搅拌对帘线钢82B小方坯连铸过程的影响。结果表明,随着搅拌电流强度增大,钢液流动加强;结晶器出口附近铸坯中心纵向流速先减小,进而流速反向,之后反向的流速增大,促进热量散失,加剧了小方坯皮下负偏析,同时促进了钢液池溶质浓度提高。当搅拌电流为280 A时,搅拌器中心铸坯横截面上最大切向速度达到0.23 m/s,距离弯月面1.5 m位置,负偏析低谷碳的质量分数为0.706%,铸坯中心碳的质量分数达到了0.872%。     

电磁搅拌在不锈钢连铸中的应用

本文在实验室模拟试验的基础上,讨论了在不锈钢连铸过程中应用电磁搅拌的冶金效果及作用机理。得出如下结论:电磁搅拌可以明显地改善铸坯的凝固组织,提高铸坯的内部质量。但搅拌工艺要选择适当,否则会拌有较为严重的负偏析带产生。     

大方坯连铸凝固末端电磁搅拌的数值模拟和试验分析

通过ANSYS有限元对凝固末端电磁搅拌(F-EMS)进行数值分析,得出凝固末端电磁搅拌的优化工艺参数为电流300 A、频率8 Hz,铸坯中心的磁感应强度能够满足要求.现场冷态测试结果和模拟结果基本吻合.以此为基础为包钢设计并制造出280 mm×380 mm大方坯凝固末端电磁搅拌器.生产试验表明,大方坯凝固末端电磁搅拌能够显著改善铸坯的中心疏松、缩孔等缺陷,减少了碳的偏析.     

电磁搅拌对GH3030高温合金铸态组织的影响

通过试验研究了电磁搅拌对高温合金GH3030铸坯的凝固组织及凝固过程中溶质分布的影响。GH3030合金的凝固微观组织为单相奥氏体,电磁搅拌可以打碎枝晶、促进形核,明显细化其晶粒,得到组织致密,晶粒细小的凝固组织。没有电磁搅拌的情况下,铸坯的宏观偏析和微观偏析都比较严重。通过施加电磁搅拌,熔体的流动使得熔体内的传热得到改善,凝固前沿温度梯度变小,同时促进溶质富集区液体与熔体其他部分的混合,从而减轻了Cr元素在铸坯中的宏观偏析和微观偏析,使Cr元素分布的更加均匀,铸坯质量得到提高。     

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.     

电磁搅拌改善连铸钢坯宏观偏析的研究现状和发展

宏观偏析是连铸钢坯不可避免的凝固缺陷,严重的宏观偏析对钢铁产品力学性能和使用寿命有很大影响。目前,铸坯宏观偏析的控制已经取得了重大进展,许多技术已经在生产过程中得到广泛应用。从试验研究和数值模拟两个方面总结了国内外采用电磁搅拌解决铸坯宏观偏析技术的研究现状,对比了两种研究方法的特点,并对电磁搅拌影响铸坯偏析的因素进行了总结,为后续采用电磁搅拌解决铸坯偏析问题提供参考。     

电磁搅拌对Incoloy825合金凝固组织和偏析的影响

研究了电磁搅拌对Incoloy825高温合金凝固组织及凝固过程中溶质元素偏析的影响。结果表明,在合金凝固过程中,施加电磁搅拌能够有效细化晶粒组织,同时增加等轴晶比例。当电磁搅拌电流强度由150A增加到300A时,铸坯中晶粒尺寸由300μm减小至210μm,同时等轴晶含量由66.7%增至77.5%。未施加电磁搅拌的Incoloy825高温合金铸坯内部的宏观偏析和微观偏析均比较严重,通过施加电磁搅拌,引起熔体强制对流,使熔体内部传热和传质得到改善,同时增大了冷却速率使二次枝晶臂间距减小,并促进液穴内熔体成分的均匀化,大幅度降低了合金元素的偏析程度。     

凝固末端电磁搅拌对60Si2CrVAT连铸方坯凝固组织的影响

对M-EMS和M F-EMS电磁搅拌作用下60Si2CrVAT弹簧钢铸坯的凝固组织进行了对比分析,从低倍组织、微观组织、碳偏析以及铸坯缺陷等方面入手分析,讨论了凝固末端电磁搅拌对铸坯凝固组织的影响.结果表明,凝固末端电磁搅拌可以显著改善60Si2CrVAT弹簧钢铸坯凝固组织,提高铸坯凝固组织的致密度,降低铸坯中心疏松和缩孔,而二次枝晶臂间距得到明显改善,中心等轴晶率明显提高,晶粒得到细化,从而显著地改善了铸坯的质量.     

连铸中心偏析控制研究进展

连铸坯中心偏析会对铸坯质量及其后续的轧制产生不利影响。在简要阐述连铸生产过程中铸坯中心偏析缺陷产生原因的基础上,介绍了国内外低过热度浇注技术、二次强冷技术、电磁搅拌技术、轻压下技术、结晶器喂带技术等铸坯中心偏析控制方法与机制,并特别对结晶器喂带技术在连铸中的应用进行了展望。     

连铸坯宏观与半宏观偏析行为表征

为了深入了解连铸坯宏观偏析和半宏观偏析的分布特征,采用碳硫检测、化学分析、直读光谱、金属原位分析方法研究连铸坯厚度方向C、Mn元素宏观偏析行为;通过连铸坯低倍组织腐蚀和图像扫描处理方法探究半宏观偏析分布特征。研究结果表明,碳硫检测和直读光谱检测方法可定量分析C元素宏观偏析,而Mn元素适合采用直读光谱和金属原位分析方法,半宏观偏析可通过半宏观偏析面积比和半宏观偏析度实现定量表征。在连铸坯厚度方向,随着距铸坯表面距离的增加,C元素和Mn元素偏析不断波动,在铸坯中心处偏析较大。半宏观偏析主要存在于铸坯芯部,在枝晶转变区和铸坯中心处半宏观偏析度达到最大值。     

局部加压铝合金的成分偏析及其形成机理的研究

实验研究两种不同凝固特性的铝合金在局部加压工艺下的成分偏析现象.采用ICP法分析不同位置元素Cu的含量,结果表明:糊状凝固特性的合金AC4B易在加压杆下方15 mm处形成较严重的负偏析,离加压杆越远,偏析越轻.层状凝固特性的ADC12仅在加压杆圆柱面下方5 mm处有轻微的负偏析,同时加压杆圆柱面周围则形成了正偏析.AC4B中加压开始时间较早或较晚时,产生的偏析较轻.而ADC12中偏析程度几乎不受加压开始时间的影响.偏析的生成是因为局部加压使枝晶间的残余金属液产生局部流动而形成的.     

Phase-field-lattice Boltzmann simulation of dendrite growth under natural convection in multicomponent superalloy solidification

The thermosolutal convection can alter segregation pattern,change dendrite morphology and even cause freckles formation in alloy solidification.In this work,the multiphase-field model was coupled with lattice Boltzmann method to simulate the dendrite growth under melt convection in superalloy solidification.In the isothermal solidification simulations,zero and normal gravitational accelerations were applied to investigate the effects of gravity on the dendrite morphology and the magnitude of melt flow.The solute distribution of each alloy component along with the dendrite tip velocity during solidification was obtained,and the natural convection has been confirmed to affect the microsegregation pattern and the dendrite growth velocity.In the directional solidification simulations,two typical temperature gradients were applied,and the dendrite morphology and fluid velocity in the mushy zone during solidification were analyzed.It is found that the freckles will form when the average fluid velocity in the mushy zone exceeds the withdraw velocity.     

"BRIGHT BAND" DEFECT ON FRACTURE SURFACE IN Cr-Ni STRUCTURAL STEELS

利用金相显微镜、电子显微镜、离子探针等方法对几种Cr-Ni结构钢大规格钢材的断口上亮带的性质及其对力学性能的影响进行了研究。实验结果表明这种缺陷是氢在钢坯上沿枝晶间发生偏聚引起的一种氢损伤。对钢的冲击值、面缩、延伸率等性能有明显的降低作用。 文中还对这种缺陷产生的机制以及消除途径作了较深入的讨论。     

Pb-Sn合金凝固通道偏析的实验与数值模拟研究

通过实验和数值模拟研究了Pb-19%Sn合金侧向凝固过程中的通道偏析.结果表明:铸锭侧向冷却时,糊状区中的富集溶质(Sn)由于密度小而向上运动.固相分数愈大,枝晶间流动强度愈小.偏析通道中的富集溶质相对于周围凝固时间长;通道由糊状区向最后凝固区域生长.侧向凝固的铸锭在顶部形成正偏析,在底部形成负偏析,在表面形成"沟槽"偏析,在铸锭内部形成A形偏析.基于本文数学模型的数值模拟结果与实验模拟结果一致,可反映侧向凝固与通道偏析的形成规律.     

轻压下枝晶变形及溶质分布的试验模拟研究

通过丁二腈-水合金试验类比研究了连铸过程中的轻压下工艺。水冷强度1.2、0.6、0.3mL/s下,分别研究了不同固相分数和不同变形量对枝晶变形及溶质再分布的影响,并用示踪剂进行示踪。结果表明：实施轻压下时,大部分柱状晶发生弯曲变形,不再继续生长,此时二次枝晶和部分等轴晶快速长大;在溶液凝固早期,会形成凝固中心上升,凝固前沿下沉的对流,对凝固前沿进行充分的溶质交换,当这种对流减弱之后才能进行有效的轻压下操作;变形量对溶质分布的影响比较复杂,在变形量逐渐增大的过程中,首先形成负偏析,经过一个偏析为零的阶段后再形成正偏析,且偏析越来越严重,并且位于压下区间不同的区域,影响程度不一样。试验结果对研究轻压下对偏析的改善机理有意义。     

连铸工艺对铸坯碳偏析的影响

研究认为铸坯凝固过程碳的不均匀分布是导致铸坯低倍偏析的主要原因,碳分布不均匀程度基本与钢种碳含量成正比,由此将不同钢种的碳分布标准偏差和极差修正成20CrMoH钢碳分布偏析后统一研究。在正常生产条件下将浇注过热度控制在15～25℃范围、二冷比水量在0.35L/kg、结晶器和末端电磁搅拌扭矩分别为18cN.cm和15cN.cm对铸坯碳偏析改善有利。采用组合参数进行生产实践检验,连铸坯修正碳偏析标准偏差和修正碳偏析极差降到了0.015%和0.025%以下。     

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。     

超高碳钢中的显微偏析

对比研究了超高碳钢1.8C-1.6Al-1.5Cr-0.5Mn-余Fe(wt%)喷射成形坯件与其母合金的显微偏析情况,发现快速凝固不仅可以减少偏析程度,而且可以改变偏析性质,使常规凝固下呈反偏析的Al变为正偏析。此现象可用碳的偏析程度影响其它溶质元素在液固相中的活度对比来说明。另外还发现,快速凝固可形成含Al且碳缺位的非平衡渗碳体,加热至共析转变温度,可很快转变为含富Al铁素体区的"孔洞状渗碳体"。     

Solidification and segregation behaviors in 6061 aluminum alloy

The characteristics of a solid/liquid interface established during directional solidification were investigated in a 6061 aluminum alloy (Al6061 alloy) in which interface patterns, such as planar, cellular and dendritic, form in the mushy zone. Directional solidification experiments were carried out in alumina tubes with an inner diameter of 5 mm to obtain the different microstructures for varying growth rates under an imposed thermal gradient of 9.45 K/mm. As a consequence, primary arm spacing, secondary arm spacing and the length of primary arm were measured for steady-state growth conditions. Furthermore, the solute concentration profiles for the final solidification region were obtained using a SEM-EDS system in order to examine the segregation behaviors of alloying elements. Therefore, it was found that the degree of segregation in the Al6061 alloy was dependent on the growth rate under given solidification conditions, that is, the elemental segregation became more severe with increasing growth rate in the interdendritic region.