多孔水口对轴承钢280 mm x325 mm铸坯结晶器钢液流场和温度场的影响

采用数值模拟的方法对比分析了直通式、四孔式以及五孔式水口对GCr15轴承钢280 mm×325 mm坯连铸结晶器内钢液流场和温度场的影响。结果表明,当前常用的直通式水口对坯壳无冲刷,利于坯壳均匀生长,但钢液冲击深度大,在弯月面处速度小,不利于大方坯质量的提高。当采用四孔水口时,钢液热中心上移,钢液面处温度可提高8℃,钢液向上漩流增强,有利于降低结晶器内钢水过热及保护渣的熔化,但由于钢液对结晶器宽、窄面坯壳的冲刷致使冲击区域附近坯壳出现不同程度的零增长区域。当采用五孔水口时,除了钢液热中心上移,钢液向上漩流增强,由于侧孔钢液流速减小,对坯壳的冲刷减小,有利于保护渣的快速熔化、过热度的快速降低,坯壳的均匀生长,显著提高大方坯的质量。     

连铸-开坯生产流程325mm×280mm轴承钢铸坯温度变化的数值模拟

通过数值模拟和现场实测的方法研究了在连铸、保温输送、堆垛冷却、加热炉加热等工艺过程中325mm×280 mm GCr15轴承钢连铸坯温度的变化。结果表明,铸坯在出拉矫机后的单辊道输送过程不同部位的冷却速率差异较大(角部10℃/min、表面7.1℃/min、芯部4.6℃/min),而在保温车输送过程(角部4℃/min、表面2.9℃/min、芯部1.67℃/min)及堆垛冷却期间不同部位的冷却速率差异较小,因此缩短在连铸机尾部的停留时间有利于防止因冷却不均产生微小裂纹。热送热装较冷装工艺可使铸坯的加热时间减少20 min。     

工艺因素对82B钢280 mm x325 mm铸坯凝固过程的影响

为模拟不同工艺条件下的连铸坯的凝固过程,采用有限元法模拟了82B钢连铸的凝固过程,获得280 mm×325 mm连铸坯的温度场。结果表明,随拉速从0.60 m/min增加到0.76 m/min,凝固时f_s=1处与f_s=0处皆后移,但中心凝固时间反而增加了9.8%。随过热度由15℃增加到50℃时,凝固末端f_s=1处同样后移,约后移1.1 m。根据模拟结果改进连铸工艺,当拉速从0.60 m/min增加到0.76m/min,增加轻压下工艺可改善低倍质量。     

SAE8640合金钢280mm x325mm连铸坯的高温力学性能

采用Gleeble 1500热模拟试验机对SAE8640钢280mm×325mm连铸坯（/% : 0.41C,0.20Si,0.80Mn,0.005S,0.014P,0.46Cr,0.43Ni,0.21Mo,0.043Alt,0.0011O,0.0054N）的550~1200℃力学性能进行了测定,并应用扫描电镜观察了拉力试样的断口形貌。结果表明,SAE8640钢有明显的3个脆性区:Ⅰ脆性区＞1200℃,Ⅱ脆性区950~1000℃,Ⅲ脆性区650~750℃;该钢950~1000℃的断面收缩率为60%,拉伸断口为脆性河流状花样,应避免在该温度范围进行轧制,该钢650~750℃的断面收缩率≥65%,拉伸断口为韧性断裂,可满足连铸坯矫直时塑性的要求。     

GCrl5 轴承钢 300 mm x400 mm 连铸坯 1180 ~ 1260 ℃ 加热时间对Φ60 mm材带状组织的影响

GCr15轴承钢(/%:0.95～1.05C,0.20～0.30Si,0.30～0.40Mn,1.40～1.50Cr)300 mm×400 mm连铸坯的生产流程为120 t BOF-LF-RH-CC-连轧至Φ60 mm材。生产试验了连铸坯1 180～1 260℃高温扩散时间4.5～24 h对Φ60 mm热轧材碳化物带状的影响。结果表明,随保温时间的增加,热轧材带状级别降低,当保温时间为4.5～6.5 h、6.5～10 h和≥13 h时,Φ60 mm材的带状级别分别达2.5级、2.0级和1.5级。可根据不同带状级别要求,设定相应的保温时间。     

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。     

GCr15钢连铸坯凝固组织分析

采用腐蚀剂摸索试验,选取不同配比的腐蚀剂对GCr15钢连铸坯进行腐蚀.结果表明,4种腐蚀剂均可用于GCr15钢连铸坯的腐蚀,并可计算柱状晶/等轴晶比例、枝晶的一次晶、二次晶间距等参数,以此作为优化GCr15钢连铸坯生产工艺的重要依据.     

280 mm×380 mm铸坯结晶器内钢水凝固与传热仿真研究

通过CFX4.4商用软件对280 mm×380 mm连铸坯结晶器内70L钢水流动传热、凝固过程进行了数值模拟,评估浸入式水口结构对结晶器综合冶金效果的影响.结果表明,随两侧孔浸入式水口插入深度和倾角的增加,坯壳厚度由宽面中心到角部逐渐减薄,但厚度比较均匀,高温区面积随之增大,位置下移;拉坯速度增加,宽面到窄面的坯壳厚度均有明显减薄.     

GCr15轴承钢连铸坯冶金质量的分析

分析了结晶器电磁搅拌、钢水过热度和轧钢工艺对连铸GCr15轴承钢180方坯轧材中心疏松、碳偏析、碳化物液析等缺陷的影响，结果得出连铸时采用电磁搅拌和降低钢水过热度可减轻铸坯碳偏析，铸坯在1210℃均热60min可减轻甚至消除钢中碳化物液析。     

GCr15 轴承钢 250 mm x 280 mm 铸坯至 138 mm x 150 mm坯粗轧数值模拟及工艺优化

生产Φ50～75 mm的GCr15轴承钢时,轧后棒材存在中心疏松缺陷。通过数值模拟研究,观察棒材心部等效应变的渗透情况,并对粗轧孔型工艺进行优化,将优化前一二道次的压下量从21 mm、58 mm分别增加到51 mm、85 mm,第三道次的压下量从60 mm减小到34 mm。等效应变值随着道次的增加,呈逐渐增大趋势,棒材中的拉应力在经工艺优化后变为压应力,变形均匀度也得到提升,促进了铸坯心部的变形,有利于中心孔洞的压合。工艺优化后轴承钢的探伤合格率由原93.25%提高到96.06%。     

GCr15轴承钢初轧坯表面纵裂纹的分析

分析了由 2 .3tGCr1 5高碳铬轴承钢铸锭轧成 1 40mm×1 40mm初轧坯表面纵裂纹的形成原因 ,得到的结果表明 :初轧时由于第一道次孔型内一个方向上压下量过大 ,使轧件高宽比太大而产生该种裂纹。改进初轧工艺后 ,即消除了该种裂纹。     

GCr15轴承钢棒材连轧过程温度场数值模拟

建立了GCr15轴承钢(0.99%C、1.47%Cr)160 mm×160 mm方坯经粗轧、一中轧、二中轧、KOCKS轧机轧成Φ25.0 mm和Φ35.0 mm的轧件温度场预测模拟系统;研究了轧件轧制过程中温度的变化,一中轧入口轧制速度(0.55 m/s和1.1 m/s)对轧制过程轧件温度的影响,以及轧后冷却工艺(2段式和3段式快冷)对轧件温度的影响。结果表明,轧件温度的计算值和实测值的相对误差≤3%。     

热连轧粗轧辊磨损的有限元数值模拟和工艺优化

针对轧钢厂GCr15轴承钢240 mm × 240 mm方坯粗轧阶段轧辊磨损较严重的情况,采用Archard磨损数学模型模拟分析了轧件压下量、轧辊硬度、热传导系数及摩擦因子在一道次成形后对轧辊磨损规律的影响。模拟结果表明,轧辊硬度越高,轧辊抗磨损能力越强;热传导系数对轧辊磨损的影响较小;当摩擦因子f＞0.25时,其摩擦因子对轧辊磨损量变化明显;当轧件压下量在△h＜50 mm 时,轧件压下量对轧辊的磨损量影响显著。根据所得结果,结合现场轧制工艺和轧辊材质,将使用的球墨铸铁Ⅰ轧辊[抗拉强度≥400 MPa,硬度HRC值40,热传导系数18 kW/（m²·℃）,摩擦因子0.3]改成球墨铸铁Ⅱ轧辊[抗拉强度≥500 MPa,硬度HRC值45,热传导系数17kW,/（m²·℃）,摩擦因子0.2],并将压下量由70 mm降至50 mm,使轧辊单槽过钢量由优化前10000 t提高至优化后的18000~20000 t。     

GCr15轴承钢轧件内部应力的有限元分析

采用有限元分析软件DEFORM，对石钢GCr15轴承钢300mm×220mm铸坯650轧机箱形孔轧制1-4道次轧件内部应力进行模拟，分析了侧壁斜度和轧制温度对应力的影响。结果表明1／[（H＋h）／2]最小的第1道次不利于改善钢材的内部质量；侧壁倾角越小，宽度方向的拉应力（σ）越小；1050℃轧制时各点断裂因子小于1100℃各点断裂因子。     

Ce-Mg合金加入对GCr15轴承钢夹杂物和凝固组织的影响

研究了加Ce(0～0.32%)-Mg(0～0.04%)合金对GCr15轴承钢的铸态夹杂物和凝固组织的影响。结果表明：添加Ce-Mg合金,能够促使夹杂物改性,生成大量的形状较规则,尺寸细小,分布弥散的Ce、Mg夹杂物;并且当0.016%[Ce]、0.002%[Mg]时,夹杂物更为细小弥散。在凝固组织方面,随着Ce-Mg合金的增加,钢的铸态组织碳化物分布更为均匀,网状碳化物的网状结构变得更加纤薄,当0.016%[Ce]、0.002%[Mg]时,珠光体片层更为纤薄,片层间距更小。Ce-Mg合金的添加能够显著减弱钢中C和Cr在枝晶间与枝晶干的合金元素偏析,减少枝晶间距,阻碍枝晶的粗化。     

GCr15轴承钢棒材连轧过程的二维和三维模拟

借助商业有限元软件MSC.Marc建立了GCr15轴承钢150 mm×150 mm坯至φ32 mm棒材的12道次连轧过程的二维和三维模型,并对比了二维和三维模型对轧制过程轧件截面形状、温度的模拟结果。结果表明,与三维模型相比,二维模型模拟得到的轧件截面宽展偏大,但计算效率较高,得出的温度曲线接近三维模型的模拟结果;给定工艺参数的三维模拟较二维模拟准确;模型模拟得到的出口轧制速度和温度与实测值吻合。     

电渣重熔渣系对GCr15轴承钢洁净度的影响

针对目前在电渣重熔(ESR)GCr15轴承钢D类夹杂物超标问题,设计不同渣系,并分别借助Factsage软件和经验公式计算了渣系的熔化特性、黏度、电导率等物性参数,采用实验室渣金平衡实验及现场2.5 t电渣重熔实验分析得出：最优ESR渣系为55CaF₂-25Al₂O₃-15CaO-5MgO。使用新渣系平均全氧含量较传统渣系降低41.98%,并且能够降低电渣锭不同位置的全氧含量;对于1～5μm夹杂物个数较原始渣系下降了31.25%。通过渣系对夹杂物调控,改善了GCr15轴承钢中D类夹杂物,评级级别可达到0.5级,能够更好地“净化”电渣锭。     

水口倾角对150 mm x380 mm矩形坯结晶器流场的影响

为减少矩形坯角裂、漏钢等缺陷,提高铸坯质量,进行改变浸入式水口出口倾角角度以优化结晶器流场的研究。通过Fluent软件,对150 mm×380 mm矩形坯结晶器钢液流动和凝固耦合过程进行数值模拟,得出水口倾角（15°~30°）对表面流速、表面湍动能和冲击深度的影响。结果表明,随水口倾角增加,平均表面流速下降,冲击深度增加,有利于稳定液面;但随倾角增加,液面波动小,不利于钢液搅拌和夹杂物去除,下部回旋区过低,坯壳变薄,容易产生漏钢;综合得出,150 mm×380 mm铸坯的水口倾角宜为25°。应用结果得出使用优化水口后,铸坯中夹杂物总数减少36%。