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℃。     

过热度和轻压下量对高强IF钢中心偏析的影响

通过热酸侵蚀、化学分析等方法,对不同浇注过热度、不同凝固末端轻压下量条件下生产的高强IF钢铸坯中心偏析情况进行研究,分析浇注过热度及轻压下量对铸坯中心偏析的影响。结果表明:试验条件下轻压下量为2.9 mm或3.9 mm对铸坯中心偏析没有影响,而浇注过热度为33℃或29℃对铸坯中心偏析影响较大,过热度越高,铸坯中心偏析越严重。浇注过热度为33℃时,P元素中心偏析度在0.95~1.08之间,S元素中心偏析度在0.91~1.12之间;浇注过热度为29℃时,P元素中心偏析度控制在0.95~1.03之间,S元素中心偏析度控制在0.93~1.07之间。在浇注条件允许的情况下,应该尽量降低浇注过热度。     

帘线钢坯中心碳偏析的热扩散规律研究

针对钢帘线生产对碳偏析程度的要求,通过对72A帘线钢小方坯进行热扩散试验,摸索了加热参数对中心最大碳偏析度的影响规律,以期指导钢坯加热工艺的制定.结果表明,72A帘线钢连铸小方坯的最大碳偏析均出现在其几何中心区域;延长热扩散时间和提高保温温度,均有助于中心碳偏析的改善;采用1060 ℃保温10 h与1160 ℃保温6 h,中心碳偏析的热扩散效果相当,基本都可以满足钢帘线生产需要;1060 ℃保温时的热扩散回归方程显示,试验钢条件下,通过热扩散彻底消除中心碳偏析,几乎不可能也不现实,只能作为改善中心碳偏析的弥补手段.     

连铸工艺参数对42CrMo大圆坯碳偏析的影响

研究了φ500、φ800 mm大圆坯连铸42Cr Mo钢的碳偏析,研究了有无二冷助流搅拌、末端电磁搅拌及过热度对碳偏析的影响。结果表明:随着铸坯断面的增加,碳偏析波动值剧烈,铸坯断面从φ500 mm增大到φ800 mm,中心碳偏析系数增大8.4%,且其波动范围增大153%;二冷助流搅拌能有效减弱碳偏析程度及其波动范围;末端搅拌强度对碳偏析程度有重要的影响,适当的末端搅拌强度能有效降低碳偏析程度。φ500、φ800 mm的42Cr Mo圆坯的合适末端搅拌的搅拌强度分别为450 A/5Hz和450 A/6Hz。随着过热度的增加,碳偏析程度增加,在允许的情况下应保持较低的过热度。     

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。     

连铸工艺对铸坯碳偏析的影响

研究认为铸坯凝固过程碳的不均匀分布是导致铸坯低倍偏析的主要原因,碳分布不均匀程度基本与钢种碳含量成正比,由此将不同钢种的碳分布标准偏差和极差修正成20CrMoH钢碳分布偏析后统一研究。在正常生产条件下将浇注过热度控制在15～25℃范围、二冷比水量在0.35L/kg、结晶器和末端电磁搅拌扭矩分别为18cN.cm和15cN.cm对铸坯碳偏析改善有利。采用组合参数进行生产实践检验,连铸坯修正碳偏析标准偏差和修正碳偏析极差降到了0.015%和0.025%以下。     

合金元素含量对C82DA钢铸坯微观组织的影响

中心疏松和偏析缺陷常导致帘线钢C82DA小方坯产品质量评级不达标。本研究结合现场试验和数值模拟,探讨钢水过热度和合金元素含量对铸坯凝固组织的影响规律。采用移动边界法得到小方坯帘线钢的铸坯坯壳厚度生长规律,并在此基础上采用CAFé法对帘线钢的微观组织进行数值模拟,模拟结果与试验铸坯得到的微观组织形貌基本一致。研究结果表明：低过热度有利于增加等轴晶的个数并且减小其尺寸;通过探讨C、Si、Mn和Cr等元素含量对铸坯微观组织形貌的影响,得到了优化帘线钢微观组织的方案以及对应的元素含量。     

帘线钢82B小方坯电磁搅拌结晶器多场传输行为

连铸电磁搅拌结晶器内钢液流动、传热、传质和凝固行为十分复杂且对铸坯质量影响巨大,为了进一步揭示电磁搅拌结晶器内多物理场传输行为及其相互影响规律,建立了电磁场作用下三维多物理场耦合连铸凝固模型,模拟研究了结晶器电磁搅拌对帘线钢82B小方坯连铸过程的影响。结果表明,随着搅拌电流强度增大,钢液流动加强;结晶器出口附近铸坯中心纵向流速先减小,进而流速反向,之后反向的流速增大,促进热量散失,加剧了小方坯皮下负偏析,同时促进了钢液池溶质浓度提高。当搅拌电流为280 A时,搅拌器中心铸坯横截面上最大切向速度达到0.23 m/s,距离弯月面1.5 m位置,负偏析低谷碳的质量分数为0.706%,铸坯中心碳的质量分数达到了0.872%。     

过热度对12Cr2Mo1R大扁锭凝固过程中心宏观偏析的影响

基于体积平均的两相数学模型,耦合求解温度场、流场和浓度场,模拟计算过热度对12Cr2Mo1R大扁锭凝固过程碳元素宏观偏析的影响。本模型将钢液密度设为依赖于温度和溶质浓度的函数。因而,可以综合考虑温度梯度、浓度梯度以及体积收缩等因素对钢液流动的作用,能够更加精确地预测凝固过程溶质元素分布。本次实验研究了过热度对凝固前沿温度梯度、凝固速率和钢液流动速率影响规律,以及最终碳元素宏观偏析情况。模拟结果表明:过热度的增加导致铸件表面区域凝固前沿温度梯度升高,而对中心线区域凝固前沿温度梯度的影响不显著;过热度对铸锭凝固速率的影响很小。此外,过热度的增加使得钢液流动速度相应增加,并使得固液两相区宽度相应的减小。铸锭凝固过程中碳元素宏观中心偏析总体表现为:当过热度40℃时,增加过热度对加剧铸锭中心偏析不显著;然而,当过热度40℃时,提高过热度使得铸锭中心偏析急剧恶化。     

齿轮钢20CrMnTiH连铸大圆坯宏观偏析控制

针对直径为?650 mm的20CrMnTiH齿轮钢大圆坯质量不稳定问题,通过对比结晶器电磁搅拌、二冷比水量等参数,取样分析连铸工艺参数对铸坯低倍组织、碳偏析量的影响。结果表明,结晶器电磁搅拌强度200 A/1.5 Hz、二冷比水量37/26(0.101 L/kg)条件下的铸坯中心等轴晶率较高,且碳元素分布更均匀,碳极差为0.01%,因此,采用该参数可以保持较高的齿轮钢20CrMnTiH的铸坯中心等轴晶率并降低宏观偏析波动的情况。     

Time-Series Fluctuation Characteristics of Segregation Carbon Element Distribution Along Casting Direction in High Carbon Continuous Casting BilletEI北大核心CSCD

High carbon steel is prone to produce macroscopic/semi-macroscopic segregation, and C segregation along casting direction will have a serious impact on the quality of billet. Based on qualitative analysis (macroscopic quality rating and elemental macro content analysis) and relatively simple quantitative analysis (segregation index, mean square error), the existing technologies have judged the degree of segregation of billet in different levels, but with requirement of stricter quality stability standard, especially for the typical raw material of high-level rod-wire steel (e.g. 70 high carbon steel), it is very necessary to introduce a new method to measure the fluctuation characteristics more effectively. In this work, the ARMA (auto regressive moving average) model in the time series is firstly used to study the segregation degree of high carbon steel billet at different positions from the aspects of inherent period and damping rate in terms of the fluctuation characteristics (period and extremum) of C element along the casting direction. The size of the billet is 170 mmx170 mm and the sampling location is in the center longitudinal plane of the billet. The experiment is conducted by considering the effect of cooling strength (conventional cooling and strong cooling) on the fluctuation characteristics. Firstly, it is shown that the inherent period and the damping rate can quantitatively describe the inherent characteristics (periodic and extreme characteristics) of the C element along the casting direction. Secondly, strong cooling makes the average inherent period and the average damping rate of C element time series in the columnar grain region smaller, thus increasing the fluctuation degree and the segregation degree. However, strong cooling makes the average inherent period and the average damping rate of the C element time series in the equiaxed grain region larger, thus decreasing the fluctuation degree and the segregation degree. Finally, the period and the damping rate of the columnar grain region are respectively affected by the dendritic spacing and the temperature gradient, and the period and the damping rate of the equiaxed grain zone are respectively affected by the liquid flow in the solidification process (V-shaped segregation) and local cooling rate. By this research, a new theoretical basis may be supplied for delicacy control of element segregation and related quality fluctuation phenomenon.     

硬线钢盘条拉拔断裂分析及工艺改进

针对硬线钢盘条拉拔断裂问题,分别对拉拔性能较差批次的盘条和在拉拔过程中断裂的产品取样,采用光学金相显微镜、拉伸试验机、扫描电镜和能谱仪对其表面质量、化学成分、力学性能、夹杂物、显微组织和中心偏析等分析。结果表明：盘条拉拔断裂的主要原因是盘条中存在中心孔洞及中心碳偏析,其次是在断口存在的Al2O3夹杂物和大颗粒球状夹杂物,在拉拔过程中形成微裂纹并逐步扩展导致断裂。通过确保精炼钢包底吹效果,控制中包过热度及温度波动分别在20～35 ℃和±5 ℃,稳定连铸拉速和波动分别在2 m/min和±0.2 m/min后,铸坯内部缺陷明显减轻,盘条拉拔断裂现象减少。     

连铸坯凝固末端电磁搅拌位置及连铸工艺优化

为了预测180 mm×220 mm轴承钢方坯的凝固末端位置,对国内某厂方坯连铸机开展射钉试验,并基于Thercast模拟仿真研究了连铸工艺参数(过热度、冷却强度、拉速)对凝固末端位置的研究。结果表明,在过热度20 ℃、拉速0.85 m/min下,180 mm×220 mm轴承钢方坯的凝固终点距离弯月面11.39 m,而末端电磁搅拌位置在11.40 m,无法充分发挥末端电磁搅拌的作用。根据射钉试验、Thercast仿真结果、设备条件、生产节奏等因素对连铸工艺进行了优化,适当降低结晶器水和足辊水量,保持其他参数不变。连铸坯低倍质量表明,工艺优化前铸坯中心存在疏松缩孔,工艺优化后中心疏松为1级、中心偏析为0级,满足质量要求。此外,通过9点法检验了工艺优化后的铸坯碳极差,其值不高于0.12%,满足质量要求。     

改善齿轮钢SAE8620H碳偏析的连铸工艺研究及应用

齿轮钢宏观碳偏析会加重带状级别,影响齿轮热处理变形。最根本解决方法是控制连铸坯碳偏析,在合适的连铸工艺拉速下采用优化结晶器电磁搅拌参数、动态末端电磁搅拌、控制钢水过热度及优化二冷配水的技术手段改善了连铸坯截面碳偏析指数及碳极差。实践结果表明,选择合适的连铸工艺参数及动态末搅技术能够大幅度提升铸坯内部质量,降低齿轮钢SAE8620H宏观碳偏析,达到9点碳极差不高于0.025%、碳偏析指数为0.95～1.05的水平,有效降低了齿轮钢带状级别。同时,轧制圆钢加工成齿轮后热处理变形量小、变形趋势好,产品质量得到了客户的认可。     

汽车用双相钢铸坯成分偏析的研究

为了找到连铸工艺条件对双相钢铸坯内部偏析的影响规律和双相钢带状组织的成因,对双相钢DP780铸坯的内部偏析开展了研究。采用原位分析、钻屑成分检测、光学显微镜和扫描电镜等试验设备和检测方法,分析了中间包过热度、拉速对铸坯宏观偏析的影响,分析了二冷比水量、中间包过热度对一次、二次枝晶间距的影响,并研究了铸坯枝晶偏析对热轧板带状组织的影响,明确了双相钢带状组织产生的机理和控制措施。结果表明,过热度小于30 ℃时,双相钢铸坯中心偏析级别可以控制在C1.0级以下水平,中心等轴晶比例最高可达到12.25%。拉速对铸坯中心等轴晶比例影响不大。降低中间包过热度、提高二冷比水量可以减少双相钢铸坯内部一次枝晶间距和二次枝晶间距。     

320 mm×410 mm断面重轨钢连铸坯宏观偏析控制关键技术

针对320 mm×410 mm断面生产重轨钢宏观偏析较大的问题,在分析该断面生产重轨钢宏观偏析控制工艺难点的基础上,开展了电磁搅拌电流强度对比试验、重压下压下总量对比试验以及过热度与拉速匹配对比试验,获得了该断面生产重轨钢宏观偏析控制的最佳连铸工艺参数。试验结果表明,结晶器电搅电流强度600 A、2.4 Hz,凝固末端电搅电流强度330 A、7 Hz,重压下总压下量19～22 mm,过热度控制20～35 ℃、拉速控制0.70～0.72 m/min,生产的重轨钢连铸坯中心等轴晶率平均为41.2%,连铸坯中心偏析≤0.5级的比例达到85%,断面碳偏析指数控制在0.95～1.07,连铸坯质量较好,生产的钢轨质量满足标准要求,形成了320 mm×410 mm大方坯连铸重轨钢宏观偏析控制关键技术。     

铸坯质量对切分轧制钢筋性能稳定性的影响分析

对不同化学成分、不同切分方式的成品钢筋取样进行重量偏差、力学性能及金相检测,并对钢筋试样重量偏差采用统一归零方法排除重量偏差对性能结果的影响;在此基础上,分析了铸坯横截面中心区域不可避免的中心疏松、中心偏析等缺陷在钢筋切分后各线的不均衡分布,亦即切分各线钢筋钢质的差异对其性能的影响。结果表明,三线切分的中间一线及四线切分的中间二线由较多的坯料中心部位钢质所构成,其在宏观上表现出黑斑贯穿截面,强度下降,与切分侧边两线钢筋的性能差异较大,从而产生检测性能的波动。为此,提出通过优化过热度、二冷水比、拉速等连铸工艺参数,减轻铸坯中心疏松、中心偏析及缩孔等中心区缺陷的措施,有利于降低多线切分工艺钢筋各线的性能差异、提高钢筋性能稳定性。     

方坯连铸永磁搅拌技术的发展现状与展望

电磁搅拌已经成为连铸工艺中改善铸坯质量的重要技术手段。相较于传统的三相交流电磁搅拌(EMS),基于烧结钕铁硼材料的旋转永磁体搅拌(PMS)具有磁感应强度较大、电能消耗低、结构较简单等优点。主要对比了电磁搅拌和永磁搅拌的技术特点,介绍了永磁搅拌在方坯连铸结晶器和凝固末端的应用现状;结晶器内永磁搅拌有效改善了铸坯的表面和内部质量,表面小孔缺陷明显减少,改善铸坯中心疏松和中心碳偏析;而应用于高碳钢连铸凝固末端,随着永磁搅拌磁体转速的增加,铸坯中心碳偏析指数明显降低,同时吨钢电能消耗仅约为传统电磁搅拌的15%。