过热度对GCr15SiMn轴承钢钢锭宏观偏析的影响

针对GCr15SiMn钢锭易出现宏观偏析凝固缺陷的问题,研究了过热度对GCr15SiMn钢锭宏观偏析的影响规律,使用真空感应炉冶炼1 kg的GCr15SiMn钢锭,通过酸侵试验与OPA技术分别测定了钢锭的凝固组织与宏观偏析,并结合ProCAST软件分析了钢液流动的规律。结果表明,高过热度(70 ℃)时,中心下部出现一定程度的负偏析,中心上部形成了较严重的正偏析同时伴随疏松;中过热度(50 ℃)时,疏松范围较小,碳元素分布较均匀;低过热度(20 ℃)与极低过热度(-20 ℃)时,疏松范围扩大,凝固初期是严重负偏析,凝固末期是严重正偏析。过热度影响偏析的机理为,高过热度时,凝固过程热对流较强,溶质上浮,钢锭上部的正偏析严重;当过热度过低时,初期凝固大量形核并保留在钢锭底部,在底部形成严重的负偏析。     

ND钢连铸坯两相区内的微观偏析模型

通过构建ND钢连铸坯凝固两相区内溶质的微观偏析模型,不仅研究了C、S和P元素对固液两相区内钢的高温力学参数以及溶质再分配的影响,还对P元素偏析比随冷却速率(CR)的变化规律进行了探究.通过分析模型结果表明:初始C的质量分数在0. 075%～0. 125%之间时,随着初始C含量的增加,P、S元素的偏析加剧,凝固末端温度下降幅度变大,导致脆性温度区间增大;增加P和S元素的初始含量,P、S元素的偏析比降低,但会加剧其在枝晶间残余液相中的富集,直接导致零塑性温度(ZDT)下降; ND钢中的Cu含量低于显著提高裂纹敏感性的临界含量,且凝固过程中Cu元素的偏析比较低,因此在ND钢凝固过程中Cu元素不能主导裂纹的诱发;在一定的冷却速率波动范围内,P元素的偏析比随着冷却速率(CR)的提高略有下降.     

齿轮钢连铸坯凝固组织与溶质分布均匀性

分析了20CrMnTi齿轮钢200 mm×200 mm连铸坯凝固组织和溶质分布的均匀性,提出了不同过热度时粗大等轴晶和点状偏析的共生机理,制定了齿轮钢连铸均质性控制策略。结果表明,齿轮钢连铸坯凝固组织受到钢水过热度的直接影响,提高过热度会减小等轴晶面积,降低对中性,减小等轴晶尺寸;齿轮钢连铸坯凝固组织直接影响C元素中心偏析和断面分布均匀性,提高等轴晶率有利于降低中心偏析,但会增大等轴晶区溶质波动范围;齿轮钢连铸坯凝固组织直接影响半宏观尺度的点状偏析,提高等轴晶率会增加大尺寸点状偏析数量,Cr、Mn溶质偏聚程度也会增加。为了同时提高齿轮钢组织和成分均匀性,比较理想的连铸低倍结构特征是等轴晶率低、等轴晶尺寸小而均匀、对中性良好。     

ND钢连铸坯两相区内的微观偏析模型

通过构建ND钢连铸坯凝固两相区内溶质的微观偏析模型, 不仅研究了C、S和P元素对固液两相区内钢的高温力学参数以及溶质再分配的影响, 还对P元素偏析比随冷却速率(C_R) 的变化规律进行了探究.通过分析模型结果表明: 初始C的质量分数在0.075%~0.125%之间时, 随着初始C含量的增加, P、S元素的偏析加剧, 凝固末端温度下降幅度变大, 导致脆性温度区间增大; 增加P和S元素的初始含量, P、S元素的偏析比降低, 但会加剧其在枝晶间残余液相中的富集, 直接导致零塑性温度(ZDT) 下降; ND钢中的Cu含量低于显著提高裂纹敏感性的临界含量, 且凝固过程中Cu元素的偏析比较低, 因此在ND钢凝固过程中Cu元素不能主导裂纹的诱发; 在一定的冷却速率波动范围内, P元素的偏析比随着冷却速率(C_R)的提高略有下降.      

连铸工艺参数对38CrMoAl大圆坯碳偏析的影响

通过现场实验结合数值模拟的方法研究了连铸工艺参数(过热度、拉速、F-EMS)对直径为600mm的38CrMoAl连铸坯碳偏析的影响。研究结果表明,等轴晶比例和凝固组织质量都对碳偏析的严重程度有影响。过热度较低时,容易产生缩孔,而缩孔往往伴随着严重的偏析;过热度较高时,等轴晶比例更低,碳偏析同样严重,所以过热度控制在30℃更佳。拉速较大时利于柱状晶生长且凝固末端易产生中心缩孔,使偏析严重,因此拉速控制在0.19m/min时最佳。末端电磁搅拌有均匀钢液成分及温度,增加凝固末端组织致密度,减少中心缩孔,从而起到降低碳偏析的作用,但电磁搅拌效果受安装位置的影响较大。综合考虑工厂实际生产以及产量与质量之间的关系,合理的工艺参数是:过热度为30℃,拉速为0.28m/min,电搅组合方式为M-EMS+S-EMS+F-MES,电搅参数设置为M-EMS取101A/2Hz、S-EMS取200A/8Hz、F-ME取900A/8Hz。在上述工艺条件下F-EMS安装位置向弯月面方向移动0.4~0.5m会更为合理。     

高强船板钢中心偏析的成因及其改善措施

分析了高强船板钢中心偏析的成因及其影响因素.中心偏析的形成是因枝状晶晶间富含溶质的钢液流动和积累造成的.这种钢液流动的驱动力来自两方面:一是凝固坯壳收缩和铸辊对坯壳的压缩,二是坯壳在未收缩时开口和铸辊间发生鼓肚引起负压.采取控制钢水化学成分和过热度、稳定拉速、优化二冷配水、加大凝固末端辊缝收缩量等措施可减少连铸坯中心偏析,改善高强船板钢的内部质量.凝固末端实施轻压下对减少中心偏析效果明显.     

特殊钢的连铸

特殊钢一般含有一定的合金元素,冷却凝固状态不同于普通碳素钢,在连铸坯中更易产生成分 和组织偏析,和表面裂纹等缺陷。所以冶炼特殊钢时应提高钢水的纯洁度,减少夹杂物含量和改善夹杂物形 态,连铸时采用钢液二次氧化和污染,以减少铸坯低过热度(10～15℃)浇注和保护浇铸技术,防止成分和组 织偏析,提高铸坯表面质量和内部致密度。叙述了连铸保护浇铸技术,中间包冶金,电磁搅拌、凝固末端轻压 下特殊钢连铸专用覆盖剂、保护渣和自动化技术。讨论了特殊钢连铸工艺参数,存在的问题和对策。     

高强钢板坯凝固过程模拟与工艺优化

以凝固参数测定和铸坯表面温度测量结果为验证边界条件，应用ProCAST软件对960QT钢板坯连铸过程中的传热和凝固过程进行了模拟，分析了拉速、过热度对铸坯温度场、液芯长度的影响，得出在拉速为0.9 m/min，过热度为23℃工况下，960QT板坯的凝固终点位置距离弯月面18.43 m；在浇注温度为1 535℃时，拉速每增加0.1 m/min，凝固末端位置向后移动2.7 m左右；在拉速为0.9 m/min时，过热度每增加10℃，凝固末端位置向后移动0.4 m左右。此外，对轻压下系统的压下位置和压下量进行了优化，由3个扇形段压下改为2个扇形段压下，6、7段压下量改为2.0、2.5 mm。工艺优化后，铸坯中心偏析和中心疏松得到明显改善，中心碳偏析指数由1.85降至1.09。     

GCr15SiMn轴承钢中碳元素偏析与疏松的相关性

针对GCr15SiMn钢锭在凝固过程中容易出现宏观偏析与疏松等凝固缺陷的问题,为了制定更合理的模铸浇注工艺,通过真空感应炉冶炼1 kg的GCr15SiMn钢锭,从模铸工艺和钢锭宏观组织的角度研究了实验室与工业生产的相似性,采用OPA、SEM等检验方法研究了碳偏析与疏松的相关性。研究表明,碳元素的偏析最为严重,碳元素偏析与疏松相关。得出了碳偏析与疏松的相关性公式SC=0.92P－0.89,该公式所体现出的基本规律适用于工业生产的铸锭。根据SEM和OPA的统计结果,建立了疏松的当量直径与其定量表征值(表观致密度P)的对应关系。结果表明,随着疏松的当量直径增大,碳的偏析度逐渐增大。利用Scheil微观偏析模型从原理上进行了分析与讨论,得出碳的偏析度和钢液收缩量呈正相关关系。     

22MnB5钢溶质分配系数及TiN析出对微观偏析的影响

为了提高凝固过程中溶质微观偏析模型计算的准确性,基于溶质分配系数及夹杂物析出对溶质偏析的重要影响,定量分析了溶质分配系数以及TiN析出对凝固过程溶质元素含量的影响,为微合金高强钢凝固过程研究提供理论参考.针对22MnB5钢建立了耦合TiN析出热力学模型的溶质微观偏析模型,并探究了温度及钢液凝固路径对溶质分配系数的影响规...     

基于凝固数值模拟的13t扁锭结构设计与优化

在同时考虑热量、动量和质量传输的基础上建立了三维凝固有限元模型,其模拟结果如凝固进程、缩管及偏析等已得到以往试验和数值研究的验证。基于该模型,预测了某厂13.1t扁锭凝固缩松和偏析等缺陷的分布特征,并根据铸锭致密度和均质性分析结果对宽厚比和高径比进行了优化设计。结果表明,宽厚比和高径比均对扁锭凝固内部质量具有重要影响,且两者优化后对Q235中心疏松和偏析的改善程度比70CrMn显著。对于“一型多用”的钢锭模来说,应按照高合金钢种凝固质量控制进行结构设计。钢锭凝固过程中缩松与偏析相伴而生,这在数值模型中应该同时考虑。     

轻压下条件下管线钢铸坯凝固组织与中心偏析的关系

 为研究在动态轻压下条件下等轴晶和柱状晶组织与管线钢板坯中心偏析的关系,试验通过改变中包钢水过热度来获得铸坯中心不同凝固组织,并分析不同凝固组织内的中心偏析情况。试验铸坯分别采用热酸腐蚀、化学分析的方法,定性、定量分析过热度在11~32℃之间,铸坯厚度方向上元素含量分布和不同凝固组织中的偏析形貌。结果显示：过热度在14℃以下的坯样中心为等轴晶组织,过热度在20℃以上的坯样中心完全为柱状晶组织;在现有轻压下条件下,中心为等轴晶和过热度为32℃时中心柱状晶组织的坯样中心偏析度均较低,但因铸坯中心整个等轴晶区内会分布着偏析点,因而较之中心柱状晶组织,中心为等轴晶组织中点状偏析分布范围较宽;当中心为柱状晶组织时,适当提高过热度、优化压下量,可降低中心偏析度,提高中心偏析评级。     

Study on the Macrosegregation Behavior for the Bloom Continuous Casting: Model Development and Validation

With the aid of a coupling electromagnetic-thermal-solute transportation model validated by the industrial investigation, a three-dimensional (3-D) plus two-dimensional (2-D) hybrid modeling method has been presented for the exploration of the macrosegregation and macroscale transport phenomena in the bloom continuous casting (CC) processes of high-carbon GCr15-bearing steel. The evolution and characteristics of solute distribution and its influence on the porosity formation in the strand during CC process have been revealed. Solute segregation degree changes from a positive to a negative value with distance from strand surface in the region of initial solidification shell within thickness of 25 mm, which can be attributed to the circulation flow ahead the solidification front and the floatation of solute-rich molten steel at the upper part of the mold. The discontinuous, nonfrozen band induced by the zigzag solute distribution is proven to be the main reason that leads to the porosity formation in the final solidification stage of the CC strand. As the solidification proceeds, the segregation degree of C at the strand center is increased from 1.0 to 1.2, while the melt liquidus temperature is reduced from 1726 K (1453 °C) to 1706.91 K (1433.91 °C) during the CC process. Moreover, with the action of gravity and thermosolutal convection, a negative segregation region in the concave shape and an irregular positive segregation zone are produced in the fixed and loosened side of shell, respectively.     

GCr15轴承钢连铸方坯与电渣重熔铸锭的 原位统计分布分析

GCr15轴承钢作为高碳钢,其元素偏析尤其是碳元素的偏析对于钢的组织和性能有很大影响。实验应用原位统计分布分析技术对GCr15轴承钢连铸方坯整个横截面以及GCr15电渣锭的中心区域进行了对比分析,并重点研究了C和Cr元素的偏析情况以及试样表面的疏松情况。通过C和Cr元素含量二维等高图以及统计偏析度的对比分析可知,连铸方坯横截面的C和Cr元素都存在严重的中心偏析现象,同时在中心偏析区域外围观察到由于树枝晶搭桥而造成的环状、不连续的C元素负偏析带;GCr15电渣锭中心区域的C和Cr元素分布则较为均匀,即偏析现象得到明显改善。此外,电渣重熔前后试样表面的统计致密度和统计疏松度表明,电渣锭的致密程度要明显优于连铸方坯。     

Fe-5Mn-2Al-0.15C中锰钢连铸凝固偏析及粒子析出行为

为研究Fe-Mn-Al-C系中锰钢连铸凝固偏析及粒子析出特性,采用光学显微镜观察Fe-5Mn-2Al-0.15C中锰钢的显微组织,并通过Thermo-Calc热力学软件研究了其凝固模式、溶质元素偏析及粒子析出行为。结果表明,该中锰钢铸锭的显微组织主要为板条状马氏体,且含有少量铁素体;其凝固模式为L→L+δ→L+δ+γ→δ+γ→γ;Al元素的平衡分配系数大于1,发生负偏析,偏聚到δ-铁素体枝晶内部;而Mn、Nb、V、S等溶质元素发生正偏析,均偏聚到枝晶间。AlN主要在枝晶内析出,其析出温度为1 448 ℃;MnS、Nb和V的富集物主要在枝晶间析出,且MnS和Nb的富集物均在1 400 ℃以上开始析出,而V的富集物的析出温度为760 ℃。     

微合金钢凝固前沿脆性区溶质的偏析特性

 针对目前微合金钢凝固过程中产生大量裂纹缺陷的现状。以B-F偏析模型为基础对微合金钢凝固过程进行了理论分析,并结合Gleeble-1500热模拟试验,系统研究了SAPH440微合金钢凝固前沿脆性区的溶质偏析及裂纹敏感性。结果表明：微合金钢凝固过程中,固相率在0.75~1.00之间时,C、Mn元素偏析较轻,S、P、Ti元素偏析严重,Mn对S偏析有抑制作用,Mn的质量分数增加到1.2%时,S的偏析度降低至20.7;对凝固脆性区的影响程度顺序为Mn>S>C>P>Ti,S的质量分数由0.002%增加至0.02%,凝固脆性区由25K扩大至33K;Mn的质量分数从0.2%增大到1.6%时,裂纹敏感区间由15K扩大至38K。同时Gleeble-1500热模拟试验证实钢脆化的原因与试样的凝固组织无直接关系。     

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。