连铸控流模式对大方坯及棒材组织结构与宏观偏析影响

以中碳结构钢大方坯及其热轧棒材为研究对象,通过对铸坯和轧材进行低倍侵蚀和成分分析,揭示了连铸控流模式对大方坯凝固组织与宏观偏析分布特征的影响及其铸轧遗传性。研究表明:常规直通水口浇注模式下,结晶器电磁搅拌(Mold electromagnetic stirring, M-EMS)电流由0增加到800 A,铸坯等轴晶率由6.06%仅可增加到11.71%,难以有效避免大方坯常见的中心缩孔缺陷与突出的中心线偏析。采用新型五孔水口浇注模式,即使不开启M-EMS,铸坯中心等轴晶率仍可达23.1%,大方坯中心缩孔级别可降至1.0级以下,满足后续热轧大棒材探伤要求。同时发现,五孔水口浇注模式下,大方坯铸态组织中往往会出现较为明显的柱状晶到等轴晶转变(Columnar to equiaxed transition, CET)区,铸坯断面碳偏析指数呈M型分布,表现为断面1/4位置CET区域碳偏析指数最高。大棒材轧制基本改变不了铸坯断面宏观偏析的分布形态,且可能导致中心线偏析指数增加。同时指出,基于连铸控流模式的作用规律和铸?轧遗传性特征,以及特殊钢长材热加工对中心致密度和偏析分布与程度的要求,实际生产中应从连铸工艺源头合理地控制铸态组织与宏观偏析分布形态。      

国内外2205双相钢连铸坯凝固组织及碳偏析分析

以国内外两家先进不锈钢生产企业的2205双相不锈钢连铸方坯为研究对象,对比分析了其相应的凝固组织特征和宏观碳偏析分布。研究发现,国外2205连铸坯凝固组织柱状晶较为发达,柱状晶比例为76%,宏观碳偏析总体较低;而国内2205连铸坯等轴晶占主要部分,等轴晶比例为58%,存在严重的中心碳偏析。通过进一步对比国外样品柱状晶区和等轴晶区的致密度得出,柱状晶区平均致密度为0.89,高于等轴晶的0.84,高致密度的凝固组织对降低宏观偏析有利。因此,为了获得较为均匀的连铸坯成分和较低的宏观偏析度,合理的柱状晶和等轴晶比例非常重要。     

轴承钢连铸坯偏析和致密度的分析

采用原位分析方法对轴承钢连铸大方坯不同部位的偏析和疏松进行了分析;将原位分析与低倍组织分析结合起来,完整地体现铸坯试样的成分分布和组织特征。轴承钢同一铸坯断面中部的C、Si、Mn元素偏析程度大于边部。轴承钢铸坯边缘部位致密度和均匀性都好于中心部位,即相应的柱状晶区致密度高于等轴晶区。     

连铸坯凝固组织均质化技术的研究现状及进展

造成连铸坯宏观偏析的最主要原因是连铸坯在外部强冷条件下形成发达的柱状晶组织,消除宏观偏析的根本途径是有效控制铸坯的凝固过程,减少铸坯中柱状晶比率,提高等轴晶率。文中对国内外提高铸坯等轴晶率的应用研究现状进行了系统的总结,在介绍各类提高铸坯等轴晶率应用研究的基础上,介绍了最新的提高铸坯等轴晶率的方法-振动激发金属液形核技术,对其在连铸中的应用进行了展望。     

连铸方坯拉坯方向凝固行为与偏析控制研究进展

连铸方坯是棒线类钢铁产品的主要母材,其宏观/半宏观偏析等缺陷,一定程度反映了铸坯成分分布和组织性能的不均匀,是影响高端钢材质量提升的重要因素。从二维横断面入手对铸坯内部低倍组织进行表征、分析与优化是目前铸坯内部偏析缺陷调控的主要手段;然而,铸坯内部凝固枝晶和中心偏析均具有三维空间形貌和分布特征,导致仅通过二维横断面进行研究可能会存在一定误差;同时,连铸拉坯方向（垂直于横断面）上凝固枝晶与偏析的波动特征能够更直观地反映连铸坯内部组织性能和质量沿长度方向的波动,这也是影响高品质钢连铸坯及后续产品质量稳定性的关键之一。从凝固行为特点、组织波动变化规律、中心偏析控制等3个方面总结讨论近年来连铸方坯拉坯方向的凝固行为与偏析控制研究进展。CET转变是铸坯凝固组织调控的重点,其判定依据及其与偏析相关性的研究表明,拉坯方向上CET位置存在波动性且与中心偏析形貌特征相关。液相穴内非对称流场及温度变化会造成拉坯方向凝固枝晶的波动特征以及凝固终点的周期性波动;同时,实际铸坯以及相关定性定量模型也表明了拉坯方向偏析元素的分布具有波动特征,并可以利用时间序列技术等方法展开解析。中心偏析控制技术的发展明显提升了连...     

连铸板坯宏观偏析特性

应用金属原位分析仪,对铸坯的成分偏析状况进行了分析.铸坯试样为120 mm中等厚度连铸坯.分析结果发现:铸坯中心偏析成岛状出现在中心线附近,且彼此孤立,中心成分起伏波动大,最大偏析一般在中心位置;正偏析元素(k＜1)在整个中心等轴枝晶区域内含量均比较高(即偏析值较大);柱状晶组织向等轴状晶的过渡区为严重偏析的高发区域.     

双辊连铸不锈钢薄带凝固组织特点

 通过金相观察分析了同径双辊薄带连铸机上生产的奥氏体不锈钢薄带的凝固组织,结果表明：铸带凝固组织包括2个柱状晶区和1个等轴晶区,其等轴晶呈近球形或蔷薇形。与传统连铸板坯相比,其柱状晶区一次及二次枝晶的间距较小,等轴晶粒内部为非枝晶结构,其尺寸大约是连铸坯等轴晶的1/10,凝固组织更致密。     

船板钢拉伸断口分层原因分析及工艺改进

通过金相显微镜、扫描电镜对船板钢拉伸试样断口的金相组织、低倍组织、形貌进行分析,确定船板钢拉伸试样断口缺陷是由铸坯中的夹杂物、中心偏析和轧制工艺中形成的带状组织引起的。结合生产实际,提出了连铸坯二冷区凝固末端强制冷却措施,使得柱状晶生长速度变慢,等轴晶增多,减少了钢水静压力,减轻了中心偏析,船板拉伸断口分层缺陷得到有效控制。     

凝固组织对高强耐蚀管带状缺陷的影响

 连铸过程中的点状偏析是后续轧材中带状缺陷的源头,对产品服役过程抗腐蚀性能有重要影响。为了控制管材中的带状缺陷,以C110级石油套管钢为对象,研究了其铸态组织对后续热轧管和调质管中粗大带状缺陷的影响。结果表明,点状偏析主要存在于铸坯中心粗大等轴晶区,其内部存在细小的枝晶结构,但却伴随较严重的斑块状溶质元素偏析,遗传到热轧管中则表现为粗大的带状组织缺陷。这类带状组织很难通过热处理工艺消除,会保留在调质管中,从而影响产品服役性能。浇铸工艺研究表明,当前管坯连铸条件下,控制铸坯中心等轴晶区可有效抑制这类半宏观点状偏析的形成,明显减少热轧管和调质管中的粗大带状缺陷;随着铸坯等轴晶区的缩小,热轧管和调质管壁厚方向的显微硬度均匀性均获得显著提高。     

模具钢电渣重熔铸坯凝固组织形貌的分形特征

为了更为精细化地表达及控制铸坯质量,以H13模具钢电渣重熔铸坯凝固组织为研究对象,引入分形维数对其主体形貌特征进行定量描述。结果表明,基于数盒子法计算得到的分形维数可定量表征凝固组织形貌的自相似复杂程度,其值从柱状晶向中心等轴晶先减小后增大;凝固组织分形维数可作为衡量铸坯偏析程度（偏析率大小）的指标,且分形维数越大,对应区域偏析率越小,偏析越轻;通过凝固组织分形维数、偏析率和偏析点平均面积与二次枝晶间距关系的研究发现,使用二次枝晶间距表征铸坯凝固组织形貌差异并由此反映偏析程度的方法存在局限性。     

Improvement of centre segregation in continuous casting bloom and the resulting carbide homogeneity in bearing steel GCr15

ABSTRACT

In the present work, solidification structure and centre segregation in continuously cast bearing steel GCr15 blooms with 220mm×260?mm were obtained by different casting conditions (M-EMS, M?+?F-EMS, M?+?F-EMS?+?MSR), which were systematically optimized by numerical simulation and experiments. The relationship between centre segregation in continuously cast GCr15 bloom, heredity in hot-rolled steel and carbide inhomogeneity of hot-rolled steel with was investigated comprehensively. Results showed that compared with M-EMS, centre carbon segregation ratio in the bloom decreased from 1.1～1.4 to 1.04～1.22 by M?+?F-EMS, and could be reduced to 0.96～1.08 by MSR in combination with M?+?F-EMS. Moreover, centre segregation in hot-rolled steel decreased with the decrease of centre segregation in bloom. Grade of network and banded carbide in hot-rolled steel decreased accordingly, especially for centre carbon segregation ratio with 0.96～1.08, grade of network and banded carbide could be significantly reduced to 1. It was important to control centre segregation in as-cast steel to improve the resulting carbide homogeneity of as-rolled steel. According to the experimental results, higher casting speed in bloom with M?+?F-EMS and MSR integrated process was preferred to effectively reduce centre segregation ratio and further decreased the occurrence of network and banded carbide in as-rolled bearing steel GC15.     

凝固组织对GCr15轴承钢220 mm×260 mm连铸坯中心偏析的影响

铸坯高中心等轴晶率及小的二次枝晶臂间距有利于降低高碳钢M+E-EMS连铸坯中心偏析。通过建立GCr15钢220 mm×260 mm连铸坯耦合有限元-元胞自动机模型(CAFE)及二次枝晶臂间距(SDAS)模型,研究结晶器电磁搅拌、过热度和拉速对中心等轴晶率及二次枝晶臂间距的影响。结果表明,相比于拉速,过热度和结晶器电磁搅拌对其影响明显。随着过热度降低及结晶器电磁搅拌强度增加,铸坯中心等轴晶率增加而二次枝晶臂间距减小,而拉速对凝固终点和中心固相率影响大。工业试验结果表明,采用结晶器与凝固末端电磁搅拌,相比于过热度35℃和拉速0.75 m/min,控制过热度小于25℃且拉速调整为0.8 m/min时,轴承钢GCr15铸坯中心等轴晶率由原27%增加至38%且二次枝晶臂间距细化,中心碳偏析指数由原1.06～1.39降至0.93～1.13。     

中心偏析控制对型钢低温韧性的影响

 为了研究不同凝固组织形态(等轴晶比例)对连铸方坯宏观偏析及型钢力学性能的影响,通过工业试验改进连铸工艺改变连铸坯凝固组织结构。结果表明,大幅提高柱状晶比例可以有效控制连铸坯中心偏析并降低中心偏析影响区域面积,同时明显减少轧材中珠光体体积分数,提高组织均匀性,断后伸长率提高10%,韧脆转变温度从0降低到-40 ℃,因此,控制连铸坯偏析程度可实现优良低温韧性,这表明通过控制铸坯均匀性发展E级或更高韧性级别的技术可行。     

不同冲击性能低温容器用9Ni钢的微观研究

对冲击性能不同的9Ni钢试样从微观方面进行了比对分析,用扫描电子显微镜、金相显微镜、电子探针和扫描电镜电子背散射衍射(EBSD)进行组织、非金属夹杂物、奥氏体晶粒、低倍枝晶和残余奥氏体量的观察研究。研究结果表明:冲击功值低的试样断口呈脆性解理断裂,低倍枝晶形貌图显示柱状晶发达,奥氏体晶粒粗大且不均匀;而冲击功值高的试样断口呈韧性断裂,各晶区可明显区分,奥氏体晶粒细且均匀。两组试样的夹杂物评级没有明显差异,说明两组试样的冲击性能差异是由于不恰当的连铸工艺使得柱状晶过于发达,铸态枝晶间形成富镍的偏析带,镍的偏析带在随后的热加工中不能被完全消除而遗传下来,造成了钢板镍元素的微观偏析,引起了组织不均匀,并降低了9Ni钢的冲击性能。     

基于有限元法对GCr15轴承钢280 mm x325 mm铸坯凝固组织的模拟与分析

基于有限元法按照二维凝固传热模型对拉速0.6m/min和0.5 m/min,钢水过热度30℃和10℃以及比水量0.25 L/kg和0.20 L/kg连铸的GCr15轴承钢280 mm×325 mm坯进行凝固组织模拟,研究连铸工艺参数对铸坯组织的影响。结果表明,当过热度由10℃增大到30℃时,铸坯等轴晶和混晶区域面积由70%降低到55%,过热度对铸坯凝固组织的影响非常显著;拉速由0.6 m/min降低到0.5 m/min,柱状晶平均增长6.5 mm,但是由柱状晶向等轴晶转变的过渡区域减小,可以减轻溶质元素在此区域的富集;将比水量由0.25 L/kg降低到0.20 L/kg,铸坯柱状晶和等轴晶区域没有明显的区别,所以降低比水量对铸坯凝固组织没有明显的影响。