钢凝固两相区溶质元素的微观偏析及其对连铸坯表面纵裂纹的影响

以Ueshima的正六边形横断面枝晶模型为原型,采用有限差分方法建立了钢凝固过程伴随δ/γ相变的两相区溶质微观偏析模型,确立了在冷却速率为10℃/s非平衡凝固条件下钢的脆性温度区间,研究分析了各溶质元素在该温度区内的偏析特点及对脆性温度区间△θ与热应变的影响规律,定量计算了不同P,S含量下脆性温度区热应变随C含量的变化规律,揭示了P,S含量的增加使连铸坯出现表面纵裂纹几率提高的机理.     

基于微观偏析模型的连铸方坯内裂纹敏感性研究

建立了YQ450NQR1钢连铸方坯的微观偏析模型,研究了在不同冷却速率的凝固过程中钢中主要溶质元素C,Si,Mn,P和S的晶间偏析行为及其对固-液两相区特征温度,即零强度温度(zero strength temperature,ZST),零塑性温度(zero ductility temperature,ZDT)及黏滞性温度(liquid impenetrable temperature,LIT)的影响.在此基础上定义了内裂纹敏感性指数(IICS),并对YQ450NQR1钢连铸方坯内裂纹敏感性进行了表征.结果表明:IICS值越趋近于1,铸坯内裂纹敏感性越大.此外,还建立了描述IICS与冷却速率(CR)关系的内裂纹敏感性模型,并对其进行验证,结果表明,该模型能够定量描述非均匀冷却条件下YQ450NQR1钢连铸方坯的内裂纹敏感性.     

连铸坯内裂纹形成的临界应变

综述了连铸坯内裂纹形成的临界应变方面的实验研究工作。结果表明,铸坯内裂纹形成的临界应变速率和钢中碳,硫含量的影响。在连铸典型的应变速率条件下,普通碳钢的临界应变值大致如下,低碳钢（〈０．２５％Ｃ）,１．５％－２．０％,其中包晶碳钢（０．０９％－０．１５％Ｃ）应取上限; 中碳钢（０．２５％－０．６０％Ｃ）,０．８％－１．０％;高碳钢（〉０．６０％Ｃ）,０．５％０－０．８％。     

溶质元素的微观偏析及其对连铸坯中间裂纹的影响

以Ueshima等提出来的正六面体模型为基础,采用板坯凝固的实际冷却数据,建立了溶质元素的微观偏析模型,采用偏析模型分析了位于柱状晶区末端的裂纹起源处溶质元素的偏析情况;考虑传热、钢水静压力和相变等因素,采用有限元软件模拟分析了凝固坯壳承受的应变情况,分析中间裂纹的形成机理。结果表明,柱状晶区末端的裂纹起源处的P、S元素偏析严重,碳偏析相对较轻,枝晶间偏析使裂纹的形成温度区间即LIT和ZDT的差值显著增大,元素的偏析是形成中间裂纹的关键内在原因;坯壳厚度等于裂纹起源距内弧的距离即85 mm时,坯壳所承受的拉应变大大超过了铸坯凝固时所允许的临界应变值,具备了裂纹形成的外在受力因素。     

连铸坯中微观偏析的模型研究

对导致连铸坯中内裂纹形成的微观偏析进行了模型研究，模型中考虑了铁素体（δ）凝固向奥氏体（γ）凝固的转化以及ＭｎＳ的析出，讨论了钢中Ｃ，Ｍｎ，Ｓ和Ｐ对凝固过程中晶间偏析、零强度温度（ＺＳＴ）、零塑性温度（ＺＤＴ）的影响，结果表明，钢中碳含量对凝固前支晶间的微的有显著影响，碳含量在０．１％～０．２％之间，Ｐ的偏析显著增加，Ｓ的偏析由于受到Ｍｎ的掏而随碳含量变化不大；钢中Ｐ的偏析极其严重，初始Ｐ含量的增     

连铸板坯结晶器内凝固坯壳裂纹敏感性研究

基于钢凝固两相区溶质微观偏析模型和连铸结晶器内坯壳凝固生长二维瞬态热/力耦合有限元模型,提出了定量化描述结晶器内坯壳凝固生长的裂纹敏感性预测模型---CSC(Cracking Susceptibility Coefficient)模型。通过分析结晶器内包晶钢坯壳凝固宏观热/力学行为和坯壳裂纹敏感系数分布,探究了板坯结晶器内包晶钢坯壳凝固生长过程中裂纹敏感性的变化规律。结果表明,典型包晶钢板坯连铸工况下,坯壳偏离角区域易产生"热点",引发坯壳凝固前沿脆性温度区宽度扩大,结晶器窄面线性单锥度极易破坏坯壳应力分布的均匀性;包晶钢板坯表面裂纹和皮下裂纹主要产生于坯壳凝固初期,坯壳角部皮下裂纹则在结晶器内大部分区域均可能产生。     

连铸坯裂纹与偏析预测研究进展

精准预测连铸坯裂纹、中心偏析等缺陷并在连铸坯下线清理与热装热送间做出决策对于稳定连铸生产、提高连铸坯质量具有重要意义。然而,实际生产中影响连铸坯质量的因素众多,连铸生产存在着不可预见的扰动性,且生产参数间具有较强的非线性和耦合性,这使得连铸坯裂纹、中心偏析等缺陷的精准预测极具挑战。随着连铸自动化和计算机技术的不断发展,人工智能逐渐得到重视,其中机器学习因其强大的非线性逼近能力而逐步应用于连铸生产。本文着重从机器学习、专家系统方面总结了国内外在连铸坯质量预测、诊断方面的研究进展,分析比较了各类方法的优缺点,并对连铸坯质量预测进行了展望。     

低碳纯净钢连铸坯凝固前沿元素微观偏析模型的研究

建立了一个连铸坯凝固前沿的元素微观偏析模型,模型考虑了钢的包晶相变,以及凝固过程枝晶粗化的影响。首次对低碳(0.01%~0.09%C)纯净钢凝固前沿的元素偏析行为做了模拟研究。钢凝固过程P、S、C的偏析程度要高于Si、Mn,固相率大于0.9以后,C、S、P偏析度急剧上升。随着Mn含量的增加S元素的偏析度逐渐降低,当固相率大于0.8以后,S元素的偏析受到Mn的抑制,偏析程度开始降低。对0.01%~0.09%C的低碳纯净钢,凝固过程中钢液始终以δ相凝固,无δ-γ相变过程。     

连铸板坯三角区裂纹与偏析对中厚板组织与性能的影响

1 前言 对三角区裂纹的成因国内外资料报道较多,而有关三角区裂纹与偏析对轧制后中板的显微组织与力学性能有何影响,则研究得很少。本文对普碳钢连铸大板坯比较深入地研究了含有三角区裂纹的板坯轧制中板后,三角区裂纹和偏析区的组织结构的变化及其对力学性能的影响。2 试验方法与试验材料2.1 试验方法 从不同炉次的连铸板坯中挑20块含有三角区裂纹的试验坯,裂纹长度在15～60mm范围内,根据裂纹长度由小到大试验坯依次编号为S1～S20,板坯原始尺寸宽1540×厚220mm。试     

振动结晶器内凝固前沿初始裂纹形成力学扰动分析

连铸结晶器振动冲击对连铸坯初始裂纹形成影响显著。研究考虑弯月面初凝坯壳为简支梁,基于材料力学理论和非正弦振动波形分析结晶器振动周期典型时刻初凝坯壳凝固前沿受渣道压力和钢水静压力所形成非均布载荷时的力学状态,进而定量分析初始裂纹的形成可能,并计算振动参数变化对初凝坯壳受弯曲应力的影响,以阐明控制初始裂纹工艺措施。研究表明,弯月面初凝坯壳垂直拉坯方向最大弯曲应力可达148.4 k Pa,而固相分率为0.9的固态坯壳临界断裂应力仅为14.7 k Pa,极易使得初凝坯壳凝固前沿产生初始裂纹;振频、振幅各降低75 min-1、1.5 mm,非正弦振动因子增大0.15时,最大弯曲应力值分别减小约36.3、24.6、16.4 k Pa;适当降低振频和振幅,增大振动因子可抑制坯壳初始裂纹的形成。     

连铸坯中心偏析控制技术的发展

分析了连铸坯中心偏析形成的几种机理及其各自局限性。综合论述了各类中心偏析控制技术的特点。指出在实际生产过程中选择合适控制技术值得注意的几个方面。     

连铸坯初始凝固控制技术的发展

分析了连铸坯初始凝固区域钢液的凝固行为,研究了铸坯表面缺陷形成机制及其与结晶器内钢液初始凝固行为关系,探讨了国内外连铸坯初始凝固控制技术的冶金原理及优缺点。     

板坯凝固末端轻压下流动与溶质分布的研究

在有限元分析坯壳变形的基础上,采用连续模型研究了轻压下过程中板坯凝固末端两相区的流动与溶质分布.在铸坯凝固末端轻压下直接作用区域,两相区受到压缩,枝晶间富含溶质的液相被挤出,相对于铸坯向液芯方向流动.轻压下之后,铸坯中心区域由糊状区内被压缩的固相及残留的液相构成,中心区域偏析指数下降.凝固末端被挤出的液相重新参与溶质分配过程,铸坯部分区域的溶质浓度有所升高.     

薄板坯连铸凝固过程及溶质偏析的三维耦合数值模拟

采用基于体积平均的有限控制体法，对Fe—C二元合金薄板坯连铸凝固过程进行了紊流流动、凝固及溶质传输的三维耦合数值模拟。计算结果表明，钢液的紊流流动显著改变了薄板坯内温度场形状及溶质浓度的分布。浸入式水口产生的射流对铸坯宽面的冲刷造成了凝固坯壳厚度沿宽面的不均匀分布。同时分析了宏观偏析的形成及可能形成的位置。     

工艺参数对连铸板坯凝固过程的影响

铸坯的质量问题大部分是在铸坯凝固的时候形成的,而凝固过程又是一个很复杂的冷却过程,受到连铸工艺参数的影响。合理的连铸工艺参数可以得到一个理想的铸坯温度场,对铸坯质量有一定的提高。运用有限元法对铸坯的凝固过程进行了仿真,就连铸工艺参数对铸坯凝固的过程的影响进行了讨论,为实际生产提供参考。     

挤压铸造铝基复合材料凝固偏析研究

挤压铸造制备了Al2O3，f／Al—4．5Cu复合材料，研究了不同冷却速度对复合材料凝固偏析的影响，提出偏析计算式来预测复合材料中的偏析情况。结果表明：由纤维间隙中心至纤维／基体界面或晶界处存在渐增的溶质浓度梯度：随冷却速度的加大，复合材料中偏析加剧；通过偏析模型计算可预测不同凝固条件下复合材料中偏析情况。     

拉速对薄板坯连铸过程中流场、温度场及溶质偏析的影响

针对薄板坯连铸过程中的动量传输、热量传输及溶质传输过程，建立了一个三维三场耦合数学模型。模拟计算了薄板坯连铸过程中的紊流速度场、温度场及溶质场分布，计算分析了拉速变化对三场及凝固过程的影响。结果表明，提高拉速显著增强了铸坯内钢液的紊流流动，改变了温度场形状及溶质浓度的分布。提高拉速导致铸坯上表面钢液流速加快，增加了弯月面的波动，使得射流对窄壁的冲击力变大、凝固坯壳变薄，并有减小溶质偏析的趋势。     

连铸过程溶质元素宏观偏析的数值模拟

采用商业软件CALCOSOFT模拟了实际连铸冷却条件下铸坯内部的温度场、流场和溶质场的分布。为了对模拟结果进行验证,将实际铸坯进行了刨屑化学成分检测。结果表明：模拟的宏观偏析结果与实际铸坯中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起到了稀释作用;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,大大减小了溶质元素向中心聚集的程度。     

连铸坯凝固过程的数值模拟研究

研究了拉速和过热度相关工艺参数对铸坯温度场的影响规律,利用Fluent软件模拟石油套管用钢37Mn5铸坯的连铸凝固过程,分析了连铸坯凝固传热过程的温度场。讨论了不同过热度和拉坯速度条件下铸坯温度场的分布情况。总结了连铸圆坯凝固过程的传热特点,优化了工艺参数。结果表明,优化后的工艺参数可以指导生产实践。