电磁搅拌和二冷区冷却强度对Incoloy800H高温合金连铸坯的内部质量影响

研究了不同方式的二冷区电磁搅拌和冷却强度对Incoloy800H高温合金连铸坯凝固组织和内部裂纹的影响。研究结果表明：施加电磁搅拌后的连铸坯内部等轴晶组织比例增加,晶粒细化。单向连续电磁搅拌增加等轴晶比例和细化晶粒的作用效果优于正反交替电磁搅拌。当二冷区冷却水流量由3.0 m3/h增加至7.1 m3/h时,等轴晶比例减小,晶粒粗化;电磁搅拌对连铸坯内部裂纹有抑制作用,且单向连续电磁搅拌效果最好。当二冷区冷却强度增加时,铸坯内部熔体的温度梯度增加从而增大热应力,同时由于电磁搅拌的作用时间的减少,使铸坯内部质量恶化,产生严重的内部裂纹。     

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。     

末端电磁搅拌对轴承钢连铸坯内部质量的影响

试验分析了凝固末端电磁搅拌(F-EMS)在不同工艺参数条件下对180 mm×220 mm轴承钢连铸坯中心等轴晶比率,碳、磷及硫偏析,以及对连铸坯中心疏松及残余缩孔的影响,试验结果表明,当凝固末端电磁搅拌参数设置在(12 Hz/350 A)时,连铸坯中心等轴晶比率的平均值由未经末端电磁搅拌的42%提高至69%;当凝固末端电磁搅拌参数设置为10 Hz/300 A时,连铸坯的中心疏松、缩孔及中心偏析级别分别由未使用末端电磁搅拌的3.0级、1.5级和1.5级降至1.0级、0级和0级,碳、硫、磷质量分数极值分别由未使用末端电磁搅拌0.042%、0.003%、0.002%降至0.016%、0.001%、0.001%。     

连铸工艺参数对430铁素体不锈钢等轴晶率的影响

在工业试验条件下分析了电磁搅拌电流强度、中包过热度和二冷水强度对430不锈钢连铸坯等轴晶率的影响规律.结果表明:430不锈钢连铸坯低倍组织由柱状晶和等轴晶组成;等轴晶率随电流强度的增大而依次增大,随过热度的减小而依次增大;采用较小的二冷水强度,430不锈钢低倍组织中的等轴晶率高.在电流强度为1 700A、中包过热度为20℃、二冷水比水量为0.95 L/kg时,430连铸坯生产的制品表面无起皱现象发生.     

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。     

PMO-EMS组合调控提高铸坯均质化应用实践

脉冲磁致振荡(PMO)凝固均质化技术是通过促进形核并形成“结晶雨”细化凝固组织、提高铸坯均质化的一项原创技术。生产实践表明,该技术对提高连铸坯等轴晶率、降低偏析具有显著作用。将PMO与电磁搅拌(EMS)进行优化组合,利用EMS的搅拌作用,将PMO形成的“结晶雨”均匀分布于铸坯心部,消除等轴晶区偏心问题,从而大幅度提高铸坯组织对称性和均质化效果稳定性。结果表明,应用PMO-EMS组合调控技术可显著提高铸坯均质化水平,以轴承钢GCr15和齿轮钢20CrMnTi为例,等轴晶区对称性明显增加,偏析指数则可以分别控制在1.04和1.05以内。     

PMO凝固均质化技术在连铸GCr15轴承钢生产中的应用

脉冲磁致振荡(pulse magneto-oscillation,PMO)凝固均质化技术是我国学者原创的连铸坯凝固组织细化和均质化技术。将该技术应用于连铸GCr15轴承钢生产,研究脉冲磁致振荡对GCr15轴承钢连铸坯凝固组织和成分分布的影响。生产实践表明,PMO可以显著细化连铸GCr15轴承钢的凝固组织,改善碳偏析。     

电磁搅拌优化对不锈钢连铸过程凝固组织的影响

应用磁流体力学,结合数值模拟,对不锈钢连铸二冷区电磁场搅拌器的结构进行了优化设计,并对连铸过程中的电磁场与钢水流动的关系进行了定量分析。结果发现,电磁搅拌是控制和改善铁素体不锈钢连铸坯组织的有效手段,合理的电磁搅拌控制参数如下:当电流为600~800A,频率为8~12Hz时,坯壳内部钢水流动速度达到0.6m/s时可以显著提高连铸坯搅拌区域的等轴晶率。     

电磁搅拌下连铸方坯凝固组织模拟

运用ProCAST软件对连铸方坯凝固过程进行仿真模拟,同时利用CAFE模块对连铸坯凝固组织进行预测,模拟结晶器有无电磁搅拌条件下连铸坯凝固组织。仿真结果表明,电磁搅拌明显缩小柱状晶区、增大中心等轴晶区;对结晶器有无电磁搅拌条件下实际生产的连铸坯组织对比分析,证明模拟结果与试验结果吻合。     

AZ61镁合金电磁连铸过程流场-温度场-组织的数值模拟

在镁合金连铸过程中,结晶器内镁液的流场和温度场分布对镁合金凝固组织有着重大的影响。深入了解连铸结晶器内镁液流场及温度场的分布可以在很大程度上改善铸坯的质量。采用有限元方法对AZ61镁合金圆坯结晶器电磁搅拌(Electromagnetic stirring, EMS)过程中流场及温度场进行数值模拟,同时对电磁搅拌条件下镁合金组织进行数值模拟。结果表明:在旋转电磁搅拌条件下镁合金受到旋转的电磁力,镁液在水平方向上围绕结晶器中心做旋转运动。随着磁感应强度从0增大到100 Gs,水平方向平均流速从0增大到6 mm/s,熔体凝固速度加快,结晶器内液相穴深度从20.2 cm减小到10.6 cm,结晶器中心到边部温度梯度减小。在电磁搅拌条件下,镁合金凝固组织中等轴晶比率增大;当磁感应强度增大到40 Gs时,晶粒由枝晶状态完全转化为类球状,晶粒平均尺寸由未搅拌时的366μm变为110μm。     

二冷区电磁搅拌换向周期对薄板坯中心等轴晶率的影响

在高拉速的薄板坯连铸过程中，增加等轴晶率对提升连铸坯凝固质量的提升至关重要。采用三相凝固模型对三维全尺寸薄板坯连铸过程中的流动模式和等轴晶率进行数值预测，分析了二冷区电磁搅拌换向周期对薄板坯中心等轴晶率的影响。研究结果表明，高温钢液在漏斗型结晶器内迅速凝固，结晶器出口处的铸坯凝固率达37%。当采用恒定方向电磁搅拌时，熔池内部形成上下两个环流，两者被中间聚集的过热钢液分隔，上环流核心区钢液处于过冷状态。当采用换向电磁搅拌后，二冷区会形成四涡甚至五涡的流动模式。随着换向周期的增加，等轴晶率先增加后降低，换向周期为16 s时对等轴晶率提升最明显，相较于恒定方向搅拌提升了17%,并且等轴晶相分布更加均匀。     

过热度对轴承钢凝固组织整体形貌特征及渗透率的影响

引入分形维数和比表面积对GCr15轴承钢连铸方坯的凝固组织整体形貌特征进行定量描述,并基于此计算枝晶通道的渗透率.结果表明,分形维数可描述凝固组织形貌的自相似复杂程度,比表面积可描述凝固组织的粗化程度.与高过热度(35℃)相比,低过热度(20℃)下生产的铸坯其分形维数较小,比表面积较大,且等轴晶区的渗透率较小;即低过热...     

过热度及结晶器电磁搅拌对连铸坯凝固组织及偏析影响的热模拟研究

利用热模拟装置进行了不同过热度及结晶器电磁搅拌(mould electromagnetic stirring,M-EMS)参数下GCr15轴承钢的连铸试验,以研究过热度及M?EMS耦合作用对铸锭凝固组织和偏析的影响.结果表明:随着过热度的降低及搅拌电流的增大,铸锭的等轴晶率(EGR)提高,混晶率(MGR)降低.弱电磁搅...     

PMO对定向凝固GCr15轴承钢枝晶臂间距的影响

为了解脉冲磁致振荡(pulse magneto-oscillation, PMO)技术对GCr15轴承钢定向凝固组织的作用，通过改变PMO参数和抽拉速率，研究了不同抽拉速率下PMO对定向凝固GCr15轴承钢枝晶臂间距的影响。结果表明：在相同抽拉速率下，PMO的峰值电流依次为150、250、350k_i A时，GCr15轴承钢的一次和二次枝晶臂间距先增大后减小。当峰值电流固定为350k_i A时，随着PMO频率从90、240、390k_f Hz依次增大，一次枝晶臂间距先减小后增大，二次枝晶臂间距逐渐变大。同时，随着抽拉速率的提高，枝晶臂间距减小幅度逐渐降低。通过测量温度梯度发现，在PMO作用下，固-液界面前沿液相中温度梯度的提高和溶质分布的变化，是枝晶臂间距减小的主要原因。     

铝合金连续铸造过程CET位置判据的研究

柱状晶向等轴晶转变(CET)是在一定的凝固过程中必须控制的一种显微组织转变.本文针对铝合金连铸坯凝固过程中柱状晶向等轴晶的转变,综合运用了正交试验研究、数值模拟计算、数学拟合等方法,分析了连铸过程主要工艺因素拉坯速度、一冷水量、二冷水量和浇注温度对连铸坯凝固过程中柱状晶向等轴晶转变位置的影响,提出了柱状晶向等轴晶转变的转变位置判据,即当连铸坯某一位置处的固相率等于0.3时,温度梯度G与冷却速度R满足函数关系G0.8072/R=0.469时,在该位置处将发生柱状晶向等轴晶的转变.     

电磁搅拌对Q345D连铸坯凝固组织的影响

以五矿营口中板有限责任公司(简称五矿营钢)生产的Q345D钢种为研究对象,借助商业软件ProCAST,采用元胞自动机-有限元耦合方法对不同二冷区电磁搅拌强度下,Q345D钢连铸坯凝固组织进行了数值模拟研究。同时,与有无电磁搅拌条件下实际生产的连铸坯组织对比分析,证明模拟结果与试验结果吻合。研究结果表明:当频率为6 Hz,电磁搅拌强度从0 A增加到400 A时,连铸坯内部等轴晶比例逐渐增加,从19.99%增长到了41.39%;晶粒平均半径从1.73×10~(-3)m减小到1.68×10~(-3)m,晶粒平均尺寸从8.21×10~(-6)m~2减少到6.99×10~(-6)m~2,晶粒细化明显。与未施加电磁搅拌相比较,在电磁搅拌的作用下,随着电磁搅拌强度的增加,连铸坯质量有了显著的改善。     

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.     

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。     

GCr15轴承钢大方坯连铸过程凝固传热数值模拟

以某钢厂生产的GCr15轴承钢为研究对象,建立了GCr15轴承钢大方坯的凝固传热数学模型,结合现场的测温实验数据验证了模型的可靠性。研究了拉速的变化对坯壳厚度、铸坯横截面上各特征点温度的影响。结果表明,拉速每提高0.1 m/min,铸坯中心液相线温度(1 460℃)与固相线温度(1 325℃)所在位置分别向后推迟了1.1 m与4.1 m。在铸坯凝固初期与凝固末期,坯壳生长速度较快。原因是在结晶器内的冷却强度较大,冷却速率较大,促使铸坯的凝固速率较高;在凝固末期,钢液的过冷度较大,同时铸坯中心部位以等轴晶的形式凝固,促使凝固末期的坯壳厚度增长较快。     

350mm×470mm大方坯连铸轴承钢工艺及质量

对大冶钢厂连铸大断面轴承钢GCr15工艺进行了一系列的试验.试验表明,控制过热度在15～20℃、拉速0.3～0.4m/min,采用合适的二冷制度和电磁搅拌技术,生产出的轴承钢连铸材质量完全满足GB18254的要求.