特殊钢连铸方坯中心区域宏观偏析定量化模型研究

在前人研究成果与实际连铸坯的基础上提出了新的连铸方坯中心区域宏观偏析定量化模型。该模型认为连铸方坯中心区域宏观偏析的形成过程概括为"凝固组织的确定"与"中心区域宏观偏析的形成"两个区域,并且将第二区域分为枝晶间液相的流动与重熔的发生、负偏析区的出现、中心线偏析的最终形成三个阶段。同时,对某工厂实际连铸坯进行了相应的定量化模型研究。研究结果表明要改善此连铸方坯中心区域宏观偏析的程度,最好在中心线位置处的固相率为0.76之前采取相应的措施;要想改变连铸坯的凝固组织,最好在中心线位置处的固相率为0.38之前采取相应的措施。     

GCr15轴承钢大方坯宏观碳偏析形成机理及二次冷却调控机制研究

以国内某钢厂GCr15轴承钢连铸坯实际生产为研究对象,建立了GCr15轴承钢连铸坯凝固传热-微观组织耦合模型,通过研究不同连铸二次冷却模式下大方坯凝固组织特征参数（二次枝晶间距(SDAS)、中心等轴晶率(ECR)）的变化规律,阐明了二次冷却模式对GCr15轴承钢连铸坯凝固组织的影响机理。在此基础上,结合工厂试验与数值模拟分析,阐述了凝固组织特征对宏观碳偏析的作用机理。综合以上研究,揭示了GCr15轴承钢连铸坯二次冷却模式-凝固组织特征参数-宏观碳偏析的作用关系,从“宏-微”观角度提出,通过改善二次冷却调控机制,优化铸坯凝固组织结构,进而减轻GCr15轴承钢的宏观碳偏析。     

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。     

GCr15轴承钢连铸坯宏观碳偏析的基本规律

主要针对GCr15轴承钢凝固过程较易出现宏观碳偏析的现象,研究分析了宏观碳偏析形成的基本规律。取兴澄、石钢和永通3个不同特殊钢厂用不同连铸工艺所产轴承钢连铸坯横截面不同部位的试样,分析研究了碳的质量分数。结果表明,径向比对角线方向宏观碳偏析大;连铸坯柱状晶发达,导致中心位置附近出现较严重的碳正偏析;较致密的凝固组织有利于减轻宏观偏析;纵切面上的碳呈周期性分布。     

采用连续锻压法控制连铸大方坯的中心偏析

日本川崎钢公司的水岛厂采用了一种连续锻压法来防止连铸大方坯形成中心偏析。该方法是通过安装在镜流中的一对锤砧将正在凝固的大方坯不断地往下锻压，使正在凝固的还壳受挤压而相互接触。由于将这种锻压法应用于浇铸，使大方还中宏观和半宏观偏析之类的内部缺陷获得明显改善。大方坯中心部分碳的偏析比可以通过锻压法将其控制在0．6－1．0的目标值范围内。所建立的数学模型可以解释溶质富集的液相从固一液相并存区向上部液相区的拆出。计算结果表明，该液相从固液相共存区中的排出率随着固体百分率的减少而增加。排出率与Flemings等人报…     

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。     

82B小方坯凝固组织和偏析预测模型开发及应用

基于国内某厂82B小方坯连铸生产过程,使用ProCAST软件建立82B小方坯铸坯横断面宏观偏析模型,从温度场、坯壳厚度和凝固组织3个方面验证该模型的正确性,通过该模型研究连铸参数(拉速、比水量和过热度)对铸坯横断面宏观偏析的影响。模拟结果表明,82B连铸坯中心偏析随拉速和过热度的增加而增大,而比水量对中心偏析的影响较小。减轻铸坯中心偏析的关键在于控制铸坯拉速和过热度,因此为了保证铸坯中心碳偏析不高于1.10,应控制铸坯拉速低于2.64 m/min,过热度不高于10℃。     

基于“射钉法”的凝固坯壳厚度测定的应用研究

在双相钢生产过程中,对钢材内部质量有着严格要求,特别是溶质元素的中心偏析现象对钢材使用性能有严重影响。连铸工序实施凝固末端轻压下可以改善铸坯中心偏析,但实施效果与压下位置紧密相关。以双相钢590DP连铸过程为研究对象,通过射钉试验确定不同工况条件下凝固末端的准确位置,并构建铸坯凝固过程的预测模型。对断面尺寸为230 mm×1 200 mm的铸坯,在拉速1.0 m/min和1.2 m/min条件下的凝固过程进行了模型预测,并有针对性地实施了凝固末端轻压下,试验结果表明:铸坯内部质量得到明显改善,铸坯中心偏析由原先的B1.0提升到C0.5,铸坯中心偏析的曼内斯曼标准符合率由改进前的72%提高到改进后95.3%。     

改善弹簧钢55SiCr小方坯中心碳偏析的试验研究

针对160 mm×160 mm断面小方坯弹簧钢55SiCr铸坯中心偏析严重的问题,基于小方坯中心碳偏析形成的机理,考虑到连铸工艺参数对中心碳偏析的影响,进行工业优化试验。结合试验结果及凝固理论分析,确定了小方坯弹簧钢55SiCr的合理的连铸工艺参数,为改善小方坯弹簧钢55SiCr的凝固组织和铸坯中心碳偏析提供理论和实践依据。     

改善350 mm×470 mm矩形坯宏观偏析研究与实践

宏观偏析水平是衡量矩形坯铸坯质量的重要指标,宏观偏析分为中心偏析和中间偏析。从本钢矩形坯的生产实践出发,针对轻压下、电磁搅拌、二次冷却等工艺进行了大量对比试验。对试验铸坯进行了取样分析,通过检验计算不同工艺的碳偏析指数,总结出了轻压下、电磁搅拌等因素对于铸坯宏观偏析的影响规律：对于中心偏析来说,轻压下对于改善铸坯的中心偏析具有明显的作用,但与总压下量的大小没有显著线性对应关系;铸坯二次冷却越强,中心偏析越大;一定范围内,结晶器电搅电流的增加有助于改善铸坯中心偏析。对于中间偏析来说,轻压下对铸坯的中间偏析改善效果不明显;降低结晶器电磁搅拌电流,可以缩小铸坯中间碳偏析指数范围,改善铸坯的中间偏析。经工艺调整后,本钢矩形坯的中心偏析及中间偏析得到很大改善,轴承钢等高碳钢的中心碳偏析指数能够达到1.10以下,中低碳钢的中间碳偏析指数范围缩窄到0.95～1.05。     

连铸坯轻压下技术的研究进展

连铸坯轻压下技术不但可以减轻中心疏松和偏析,而且还可以改善铸坯的凝固特性。本文简述了连铸坯中心偏析的形成机理,介绍了轻压下的系统参数,阐述了轻压下的发展历程,并对轻压下技术的发展方向进行了展望。     

厚板坯连铸过程宏观偏析数值模拟与测定

采用商业软件Calcosoft模拟了实际250 mm厚板坯连铸冷却条件下铸坯内部温度场、流场和溶质场的分布.为了对模拟结果进行验证,对实际铸坯进行了刨屑化学成分检验.结果表明,模拟的宏观偏析结果与铸坯实际偏析度检测的情况极为相似.凝固初期自然对流可能引起较大的内部紊流,将凝固前沿溶质带到中心液相,但是由于此时中心液相体积较大起到了稀释作用;而在凝固末期,糊状区显著阻碍了液相的流动,自然对流非常微弱,不能将枝晶间的浓化液相带到中心,因此大大减小了溶质元素向中心的聚集程度,削弱了中心宏观偏析.     

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。     

基于改善连铸板坯中心偏析的传热仿真软件

针对连铸坯中心偏析的形成机制,本文设计开发了基于改善连铸板坯中心偏析的凝固传热仿真优化软件。软件模型细化了连铸过程中的边界条件,充分考虑了各个方向上(尤其是铸坯宽度方向)和不同铸坯表面位置的冷却边界条件差异,可准确地预测连铸过程中铸坯的凝固行为和液芯三维形状,以及分析预测铸坯的偏析区域。针对模拟分析结果,软件可以对实际铸机的冷却系统进行优化,改善连铸坯的中心偏析问题。针对AH36的实际生产工艺参数,软件对连铸板坯的液芯形状和中心偏析产生区域进行了预测。预测结果与实际生产中的铸坯中心偏析位置完全吻合。     

电磁旋流水口连铸技术对小方坯凝固组织形貌和宏观偏析的影响

在不同工业实验条件下,研究了电磁旋流水口技术对小方坯的凝固组织和C、S元素宏观偏析特征的影响规律,并与结晶器电磁搅拌所得结果相比较。结果表明,仅用电磁旋流水口技术,在电流频率为50 Hz时,随着电流强度由200 A升至600 A,等轴晶逐渐增多,而中心偏析严重程度先减轻后加重,在凝固组织以细小柱状晶为主时出现最优值。研究还表明,可以通过调整电磁旋流装置的电流参数来改变浸入式水口内钢水的旋流强度,进而获得不同凝固组织形貌和宏观偏析严重程度的铸坯。在本实验条件下,当装置的电流参数达到一定值后,电磁旋流水口技术在提高铸坯质量方面可以达到与结晶器电磁搅拌相同甚至更优的效果。     

凝固组织对连铸板坯中心偏析的影响

根据钢厂生产实践,从凝固组织入手,从宏观角度阐释了凝固组织对中心偏析及钢液流动的影响:中心偏析是由于凝固界面均一向前推进,溶质元素在中心部位汇聚造成的;柱状晶发达,高溶质钢液停留在柱状晶间的间隙内,可以改善中心偏析;等轴晶凝固界面可以分散汇聚在中心部位的溶质元素,改善偏析;钢液补充凝固收缩的现象发生在等轴晶区内,恶化了中心偏析。     

方坯连铸中心偏析的数值模拟

基于连续模型对连铸方坯的中心偏析进行了数值模拟,分析了枝晶间液相流动对铸坯中心偏析的影响.采用SIMPLER算法开发程序,耦合求解模型中动量、能量和溶质守恒方程.对方坯的三维模拟结果表明,液相密度差异引起的自然对流使枝晶间富含溶质的液相不断向铸坯中心聚集.中心区域平均溶质浓度在液相穴深处迅速升高,并在凝固末端达到最大值.严重的正偏析集中在中心线周围.改善中心偏析关键在于控制液相穴末端的枝晶间液相的流动状况.     

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。     

大方坯皮下负偏析带形成过程的数值模拟

针对某钢厂大方坯连铸过程中铸坯内部质量问题,通过耦合电磁-流动-热-溶质传输,建立多尺度、多物理场的三维数学模型,研究了高碳钢大方坯皮下负偏析带的形成过程。结果表明,铸坯皮下负偏析带是铸坯凝固前沿钢液流速和凝固速率共同作用的结果。对于四孔水口大方坯,铸坯皮下会经历两次负偏析,第一次负偏析是由水口射流造成的,第二次负偏析是由结晶器电磁搅拌造成的。磁搅参数的改变只会影响电磁搅拌影响区的负偏析程度,而不会影响负偏析带在铸坯中的位置及宽度,也不能改善铸坯中心的正偏析度。     

电脉冲改善HRB335连铸坯组织的实验研究

电脉冲细化金属凝固组织技术是晶粒细化领域的一项新技术.在方坯连铸机中间包内尝试用电脉冲处理HRB335螺纹钢,以考察其对铸坯宏观组织、微观组织和成分偏析的影响.结果表明,经过电脉冲处理后的铸坯宏观组织得到改善,粗大柱状晶明显减少,等轴晶增加,晶粒细化;魏氏体组织减少,珠光体含量显著增加,铁索体大大减少;经电脉冲处理后,对铸坯中S元素的偏析有较大的改善.