真空条件下锭模参数对铁镍合金缩孔分布的影响

为了减轻铸件顶部缩孔缺陷以降低冒头切除率提高铸锭成材率,基于ProCAST软件建立了铁镍合金真空下凝固数值仿真模型,通过解剖实验验证了模拟参数正确性,进而研究锭模参数对铁镍合金缩孔缩松分布的影响并得到最优锭型.研究表明:数值模拟中,关于真空条件下传热参数的设置较为合理,能较准确地模拟得到与实际生产一致的缩孔缺陷;在本研究条件下,冒口锥度对缩孔高度方向上位置的影响远大于锭身锥度和高径比对其的影响,缩孔位置随冒口锥度减小上移,中心疏松程度随锭身锥度增加而减弱,高径比对缩孔缩松影响不大;优化后的锭型能有效改善缩孔缺陷,将缩孔控制在冒口线以上提高铸锭成材率.      

镍基高温合金感应锭浇注过程的数值模拟研究

利用ProCAST软件对镍基高温合金感应锭的浇注过程进行了数值模拟研究,分析了铸锭充型与凝固过程温度场、固相率等的变化特征及其对铸锭缩孔的影响,探讨了铸锭缩孔缩松随浇注温度的变化规律。结果表明,镍基高温合金感应锭凝固过程中,在铸锭纵向方向上,铸锭上部合金温度低,下部合金温度高,铸锭未实现从底部到顶部(浇口)的顺序凝固,铸锭端部的“V”形一次缩孔较深。在充型阶段,浇注温度的变化对合金流动的最大速度及合金液面波动的影响较小;在凝固阶段,降低浇注温度减小了铸锭下部的高温区域,能在一定程度上减小铸锭端部的一次缩孔深度,但由于其未能使铸锭在纵向方向上实现顺序凝固,因此降低浇注温度并不能显著减小铸锭端部的一次缩孔深度。另外,浇注温度的变化对铸锭内部缩松的影响较小。     

7 t锭型本体高度对凝固过程和冶金质量影响的数学模拟

锭型对钢锭凝固过程中的疏松、缩孔等缺陷有一定影响。对本体高度1 885 mm矮粗型（A）和2075mm细长型（B）两种7 t钢锭,通过铸造模拟分析温度场、凝固分数、凝固时间以及中心疏松缩孔情况进行分析对比, 7t（B）细长型钢锭本体中心长970 mm的封闭高温液相区,并且本体中心疏松率超过20%的疏松区域大约为180 cm³, 7t（A）矮粗型钢锭只有保温帽处有少量轻微疏松,本体基本没有。综合各项考虑,建议7 t钢锭采用7 t（A）矮粗型的钢锭设计。     

舰船用大功率柴油机气缸套离心铸造工艺优化

采用ProCAST对K4169高温合金气缸套离心铸造过程进行相关模拟研究,分析浇注温度、离心转速、铸型温度等工艺参数变化对铸件凝固过程温度场及液面分布情况的影响,对铸造过程会产生的疏松缩孔等组织缺陷进行预测,计算模拟出模具外径56 mm、内径38 mm、长度500 mm的K4169离心铸管的最佳离心铸造工艺参数。采用此工艺参数能够明显改善离心铸造铸件凝固过程中的疏松缩孔等冶金缺陷,提高产品质量。     

火花放电原子发射光谱分析中不同规格线材类型标准化样品兼容性探讨

在实际生产应用中,火花放电原子发射光谱法广泛应用于线材的日常检验。而线材的规格种类繁多,若每个牌号每种规格都进行类型标准化不仅影响分析效率,而且会提高分析成本。实验针对小规格线材,分别使用ϕ6.60 mm、ϕ5.42 mm、ϕ4.22 mm、ϕ3.02 mm 共4种类型标准化样品(以下简称类标)分析14种不同规格的待测线材,按照标准要求进行精密度和正确度的验证,开展了将火花放电原子发射光谱法类标按直径进行归并的可行性研究。结果表明,ϕ6.60 mm的类标可以满足ϕ5.82 mm～ϕ7.40 mm样品的准确分析;ϕ5.42 mm的类标可以满足ϕ5.02 mm～ϕ5.82 mm样品的准确分析;ϕ4.22 mm的类标可以满足ϕ4.22 mm～ϕ4.60 mm样品的准确分析;ϕ4.22 mm以下的线材只能进行相应规格的类型标准化。     

激光选区熔化技术应用于无损检测模拟试块制备的研究及试块表征分析

无损检测模拟试块在实际探伤领域有着重要应用,但试块及其缺陷的制备存在较大困难,增材制造由于独特的成型工艺,使得缺陷的自由设计及试块加工成型成为可能。实验利用激光选区熔化(Selective laser melting,SLM)增材制造技术制备了材质为316L不锈钢的无损检测模拟试块,在试块内部设计了缺陷孔径尺寸为ø0.1 mm～ø0.6 mm的6个数值梯度的模拟孔洞和裂纹类缺陷。研究结果表明:金属粉末经SLM方法成型试块后,化学成分无明显变化;缺陷设计孔径为ø0.4 mm～ø0.6 mm时,缺陷制备重复性较好,且形态相对均完整;由于成型过程中激光穿透作用和热影响区熔化粘粉现象导致缺陷形状精度变差。模拟孔洞和裂纹缺陷的超声波检测波形变化信息及规律与缺陷实际状态相符。激光选区熔化增材制造技术应用于无损检测模拟试块的制备具有可行性。     

Ø75 mm GCr15圆棒材孔型工艺优化及数值模拟

西宁特钢精品小棒线在生产Ø75 mm的GCr15热轧圆钢时,发现轧后棒材内部存在中心疏松缺陷,导致棒材精整后超声探伤合格率低。通过修改孔型参数,结合数值模拟研究测试棒材芯部应力及等效应变的变化情况,再经现场生产验证,结合成品棒材超声探伤合格率的分析,来验证优化后的孔型参数是否可行,指导现场生产实践,提高轴承钢棒材的产品质量水平。参数的确定中,对各道次压下量的重新分配,主要是增加了第2道次的压下量,从58增加到86 mm,减小了第4道次的压下量,从58减小到30 mm。优化后的工艺直接从11架出Ø75 mm成品,节约了后2架轧机的能源消耗与轧辊磨损消耗。模拟结果显示第1道次的棒材内部应力由之前的拉应力变为压应力,结合轧制速度的降低,有利于提高棒材芯部质量。实际生产证明工艺优化后低倍质量显著提升,探伤合格率为96.37%,较之前提高3.63%。     

45钢连铸矩形坯中心疏松和缩孔的研究

针对杭州钢铁集团公司45钢连铸矩形坯(240 mm×280 mm)的中心疏松和缩孔缺陷,分析了矩形坯中心疏松和缩孔的形成机理及影响因素,并提出了加强工艺控制、优化二冷水量、应用动态二冷配水和优化结晶器电磁搅拌参数等解决措施,使中心疏松和缩孔缺陷得到有效控制.生产实践表明,1级(含)以上的中心疏松缺陷大幅度降低;0.5级(含)以上缩孔的发生率由改进前的46.15%降低到22.31%,且1级(含)以上的缩孔基本消除.     

基于数值模拟的镍基高温合金电渣重熔工艺优化

利用MeltFlow软件对镍基高温合金电渣重熔过程进行数值模拟计算,探究了电渣重熔过程中温度场、流场、熔池形貌及微观组织的分布特点,通过工业试验验证模拟的准确性,定量分析熔速对熔炼过程的影响规律,提出了一种改善铸锭凝固质量的工艺优化方法。结果表明,渣池内的温度相对较高且分布均匀,熔池形貌近似“V”型。铸锭一次枝晶间距从中心到边缘沿径向逐渐减小,而二次枝晶间距没有明显差别。对比试验数据,数值模拟结果误差较小,可以准确预测镍基高温合金电渣重熔过程中的熔池形貌和枝晶间距。随着熔化速率的减小,金属熔池深度降低,ESR铸锭二次枝晶间距逐渐减小,且宏观偏析程度得到改善,黑斑产生概率逐渐降低。控制熔化速率由0.47 kg/min降低至0.45 kg/min,有利于获得凝固质量较好的镍基高温合金电渣重熔铸锭。     

模铸40t钢锭凝固过程温度场研究

随着模铸钢锭锭型的不断开发以及连铸产品对模铸小规格锭型的替代与延伸,为满足产品质量提升与成本优化,大规格钢锭逐渐发展成了关键的模铸锭型。但是,在模铸生产中,随着锭型的增大,更易于产生各类质量问题,诸如:成分偏析、表面缺陷、钢锭缩孔等。使用计算机数值模拟软件可以模拟钢液凝固过程的温度场与流场变化情况,并且可预测钢锭缩孔缺陷位置。研究表明,40 t钢锭的凝固过程是从外往内、由下向上顺序凝固,不仅冒口部位易于产生缩孔缺陷,而且锭身中心也存在缩孔倾向。在锭身中心的狭长液态金属区域内,此区域锥角小、上下传热不均,易产生缩松缺陷,通过数值模拟可有效预测并推断缺陷存在的位置及原因。实践证明,40 t锭型钢锭凝固及缩孔模拟与现场实际情况吻合,验证了40 t钢锭锭型设计的有效性与科学性。     

SCM822H钢3t铸锭缩孔缺陷优化的数值模拟

在现场脱锭时铸锭表面温度测定值的基础上,利用ProCAST软件建立了SCM822H钢(/%:0.20C、0.80Mn、O.25Si、0.013P、0.006S、1.14Cr、0.39Mo、0.01V、0.036A1、0.000 2B)3 t铸锭(锭身高1 675 mm,冒口倾角65.3°,冒口内液面高290 mm)充型和凝固过程的计算模型。通过该模型计算得出冒口倾角、锭身高宽比与缩孔引起的锭身切除体积比的关系,优化了锭型参数一锭身高宽比为1 864/530,冒口倾角90°。按照优化锭型参数的模拟结果表明,采用新锭型可使锭身切除体积由原先的13.5%降至0,可保证将缩孔缺陷完全控制在冒口内。     

降低工模具钢电渣重熔钢锭顶部缩孔缺陷的工艺实践

通过控制结晶器进水温度40℃,出水68℃;计算机自动补缩模型控制;自动补缩结束时,90 s内完成自耗电极至石墨电极切换,53 V,3 000 A通电熔炼3~5 min,冉切换成自耗电极,50 V,4 000 A,通电6 min等工艺措施,使电渣重熔钢锭顶部缩孔缺陷深度由100 mm降低至30 mm。生产实践表明,补缩工艺操作简单易行,优化工艺生产的工具钢9Cr2Mo,Φ280 mm×1 000 mm,480 kg电渣钢锭210支;热作模具钢H13,420 mm×1 400 mm,1 500 kg电渣钢锭60支,没有再出现因钢锭顶部缺陷而造成锻造坯料报废,钢锭成材率显著提高。     

New shape of forging ingot for making hollow forged products

Replacement of the conventional hot top — which accumulates heat from the melt inside an ingot mold — by a cooling element that is also placed on top of the mold has made it possible to obtain ingots with a narrow primary shrinkage cavity that extends along their axis. Such ingots are well-suited for the production of hollow forgings. When a standard hot top is used, the transverse dimensions of the region of the ingot affected by axial porosity correspond to as much as 15% of the ingot’s diameter. The same region accounts for just 8.5% of the ingot diameter when the above-mentioned cooling element is used instead. This makes it easier to remove the defective region by piercing or drilling it out during the forging conversion.     

大尺寸GH4742合金铸锭夹杂物及析出相分布特征

为明确大尺寸GH4742合金铸态组织中析出相和夹杂物的分布特征,采用扫描电子显微镜、金相分析及电解腐蚀等方法,分析了φ660 mm锭型GH4742合金中夹杂物和析出相的组成、形貌及数量.结果 显示,合金铸锭中的夹杂物主要有SiO2、CaO、Al2O3-SiO2、CaO-SiO2及碳氮化物.合金中夹杂物数量密度为14.7...     

Three‐dimensional Simulation of Thermosolutal Convection and Macrosegregation in Steel Ingots

Thermosolutal convection and macrosegregation formation during the solidification of steel ingots are numerically simulated in three dimensions. The simulation is based on a fully coupled model for mass, momentum, energy, and species conservation equations. The interdendritic flow in the mushy zone is governed by Darcy's law, and the permeability term is discretized using an interpolated liquid fraction method. The numerical results for a benchmark test of macrosegregation in a Pb‐Sn alloy are compared with experimental data taken from the literature. The present model is applied to simulate the solidification of industrial steel ingots. Preliminary predictions are obtained, including the positive segregation in the hot top, and the conically shaped negative segregation zone at the bottom of the ingot. The predicted variation of the segregation ratio in carbon along the vertical centreline of an ingot is compared with measurements, and generally good agreement is observed. Future attention should be paid to the precision of prediction by considering complex solidification issues, such as the sedimentation of free equiaxed grains and the formation of shrinkage cavity.     

GCr15SiMn轴承钢中碳元素偏析与疏松的相关性

针对GCr15SiMn钢锭在凝固过程中容易出现宏观偏析与疏松等凝固缺陷的问题,为了制定更合理的模铸浇注工艺,通过真空感应炉冶炼1 kg的GCr15SiMn钢锭,从模铸工艺和钢锭宏观组织的角度研究了实验室与工业生产的相似性,采用OPA、SEM等检验方法研究了碳偏析与疏松的相关性。研究表明,碳元素的偏析最为严重,碳元素偏析与疏松相关。得出了碳偏析与疏松的相关性公式SC=0.92P－0.89,该公式所体现出的基本规律适用于工业生产的铸锭。根据SEM和OPA的统计结果,建立了疏松的当量直径与其定量表征值(表观致密度P)的对应关系。结果表明,随着疏松的当量直径增大,碳的偏析度逐渐增大。利用Scheil微观偏析模型从原理上进行了分析与讨论,得出碳的偏析度和钢液收缩量呈正相关关系。     

现代高炉高风温关键技术问题的认识与研究

提高风温可以有效降低高炉燃料消耗,促进高炉生产稳定顺行,是绿色低碳炼铁技术的重要发展方向之一。研究了热风炉热量传输过程和传热特性,通过传热学机理的研究解析,阐述热风炉加热面积与风温之间的关系,提出提高热流通量以改善热风炉传热的观点。研究了热风炉理论燃烧温度、拱顶温度和风温之间的关系,介绍了利用低热值高炉煤气和回收热风炉烟气余热,通过耦合预热和能量梯级利用的技术方法,实现高风温的技术创新及实践。提出了实现热风炉智能化操作的技术要素,论述了合理控制拱顶温度和抑制NO_x大量生成的工艺方法,以及有效预防热风炉炉壳晶间应力腐蚀的技术措施。指出实现低热值煤气的高效利用和高值转化,提高风温、降低燃料比和CO₂排放,是未来高炉炼铁的关键共性技术。