奥氏体晶粒度对钢坯铸态热塑性及相变的影响

实验研究了两典型钢种铸坯再加热高温保温过程的晶粒长大行为。结果表明,钢坯1350℃保温奥氏体化过程中,均需约30 min才能获得连铸过程铸坯表层的相似晶粒尺度。热模拟拉伸实验中,获得的钢坯晶粒越粗大则其热脆性区愈宽,脆性谷也愈深。进一步研究了两种晶粒度下微合金钢坯的连续冷却相变曲线(CCT)。随着晶粒尺寸的增大,各相的转变临界冷速均减小,CCT曲线右移。表明,铸坯热塑性与CCT曲线测定实验中,需进一步考虑再加热固溶处理后的奥氏体晶粒尺寸这一重要因素。     

保温时间对J55钢坯奥氏体晶粒尺寸的影响

连铸过程中的奥氏体晶粒尺寸会显著影响铸坯的热塑性,铸坯表面裂纹缺陷也往往与粗大奥氏体的形成有关。实验研究了将铸坯重新加热至1 350 ℃后保温时间对石油套管J55钢奥氏体晶粒尺寸的影响。结果表明,随着保温时间的增加,奥氏体晶粒尺寸变大。综合分析表明,对于J55钢,在1 350 ℃时至少保温30 min才能使其晶粒尺寸达到连铸过程中当时的奥氏体晶粒级别。以往采用高温热拉伸实验模拟测量铸坯高温热塑性实验中,多未考虑连铸过程中的实际奥氏体晶粒大小,实验结果不能很好地反映高温铸坯的热塑性。     

热装工艺对含铌微合金钢铸坯再加热奥氏体晶粒细化影响

组织细化是控制连铸坯表面裂纹、提升轧材性能的重要手段。针对连铸坯表面裂纹问题,采用热模拟试验的方法,首先获得模拟铸坯进加热炉之前的奥氏体组织,进一步研究了含铌低碳钢SCX400在冷却-加热过程中的晶粒细化潜力。研究结果发现进行一次γ→α→γ相变处理,当铁素体析出量超过85.9%时,最终粗大的奥氏体边缘处出现了许多尺寸为40μm左右的细小晶粒,混晶现象严重,推测是由于Nb(C,N)钉扎原奥氏体晶界,粗大的初始晶粒得到保留;而通过多次γ→α→γ相变可以有效细化奥氏体晶粒,从而对热装热送过程中的表面裂纹控制及最终产品性能的提升产生积极影响。     

27MnB5钢连铸坯中硼元素分布

利用三维原子探针技术系统研究了27MnB5钢连铸坯边缘、宽度1/4处和宽度中心处的硼元素分布行为。结果表明,钢连铸坯组织由先共析铁素体和珠光体组成。在铁素体内部存在纳米尺寸的片状渗碳体和富钛、碳的纳米析出相。在连铸坯不同位置,硼元素都只存在于原始奥氏体晶界及其附近的渗碳体中。在富钛、碳的纳米析出相和铁素体基体中均没有硼元素存在。在冷却速度较慢的铸坯中心处以及1/4处,硼主要分布在原始奥氏体晶界附近的渗碳体中。在冷却速度较快的边缘处,硼在原奥氏体晶界上出现明显偏聚,且晶界附近渗碳体中偏聚量也明显上升。这表明冷却速度是控制连铸坯硼元素分布行为的主要因素。     

Q195热轧带钢凝固冷却过程非金属夹杂物生成热力学及工业实践

为了控制Q195钢中非金属夹杂物在凝固冷却过程的转变,采用ASPEX自动扫描电镜研究了实际生产凝固冷却过程夹杂物的转变,并用FactSage软件理论计算了这一过程夹杂物转变的热力学原理。研究结果表明:Si-Mn-Al复合脱氧Q195热轧带钢中间包内夹杂物主要成分为SiO2-MnO-Al2O3,连铸坯中硫化物夹杂质量分数急剧升高,氧化物夹杂中SiO2质量分数升高,MnO质量分数下降。钢中夹杂物成分与尺寸有明显对应关系,中间包内夹杂物尺寸越大,Al2O3质量分数越多,SiO2质量分数越低;铸坯中夹杂物尺寸越小,MnS质量分数越高,氧化物夹杂尺寸越小,SiO2质量分数越高。FactSage热力学计算表明,在钢凝固冷却过程,钢中会析出SiO2相、Mn2Al4Si5O18相和MnS相,析出相尺寸一般较小,使小尺寸夹杂物中SiO2和MnS质量分数升高,热力学理论计算可以较好地解释夹杂物成分在凝固冷却过程的转变。     

不锈钢板坯内外弧尺寸差异分析及解决措施

结合304奥氏体不锈钢高温凝固特性及现场连铸浇铸参数,分析304不锈钢连铸铸坯内外弧宽度尺寸相差约为4～7 mm的具体原因,如结晶器内外弧冷却不同、内外弧铜板锥度不同、水口不对中等。详细研究因结晶器内外弧冷却不同对铸坯内外尺寸的影响,实践证明,调整结晶器内外弧水量可以有效改善内外弧铸坯尺寸差异问题。     

取向硅钢铸态组织分析

通过观察取向硅钢的低倍组织,分析水冷和空冷及铌的加入对铸态组织的影响,并结合金相显微镜、扫描电镜对铸态组织进行了观察及表征。对比分析了含铌取向硅钢与不含铌取向硅钢的铸态组织的差异。试验结果表明:经空冷处理的含铌铸坯其铸态组织有非常明显粗大的柱状晶,所占体积分数约64%,表层的细晶区很薄,中心是更细小的等轴晶。而采用水冷处理的含铌铸坯组织以中心等轴晶为主,所占体积分数约78%,柱状晶较小不明显。经相同水冷条件,不含铌的铸坯得到的铸态组织中其晶粒尺寸比含铌的偏大,其柱状晶比含铌铸坯的明显,中心等轴晶所占体积分数较少(约41%),说明铌的加入能使铸坯晶粒更均匀细小。     

低合金中厚板破边缺陷分析及预防

对热轧低合金中厚板窄边内外弧出现的破边缺陷的影响因素进行了分析。结果表明:破边缺陷是由于连铸坯角部微裂纹所导致的,铸坯出结晶器后垂直段窄边部表层显微组织对角部微裂纹的产生有重要影响。通过合理控制连铸结晶器出口窄边冷却制度,细化奥氏体晶粒、减少奥氏体晶界处先共析铁素体膜的厚度以及第二相粒子在奥氏体晶界处的偏析,能够消除铸坯角部微裂纹缺陷。随着铸坯角部微裂纹的消除,低合金轧板窄边的破边缺陷将减少。     

冷却速度对奥氏体不锈钢Cr15Mn9Cu2Ni1N组织与凝固模式的影响

利用控制冷却速度的凝固实验,研究连铸坯奥氏体不锈钢Cr15Mn9Cu2Ni1N不同冷却速度下的组织和凝固模式.结果表明,缓慢冷却时,显微组织为奥氏体基体上分布着蠕虫状残留铁素体;其凝固模式为全部液相先析出δ铁素体,随后通过固相转变形成奥氏体基体.较高冷却速度时,奥氏体组织有两种形态,一是分布着侧板条残留铁素体的奥氏体,二是圈状的分布在第一种奥氏体晶界的单相奥氏体.分析发现,冷却速度的增加使凝固模式发生如下变化:大部分液相先析出δ铁素体,随后固相转变为奥氏体;剩余液相直接转变为奥氏体.同时发现,氮含量的增加可以减小奥氏体晶粒尺寸.     

铸态奥氏体晶粒粗化与热装再加热中晶粒的演化

为了探讨铸坯表层粗大奥氏体晶粒的形成机制,研究了奥氏体晶粒在不同保温条件下的粗化行为。发现由于析出相的影响,高温保温时不同钢种间晶粒生长规律存在差异,且晶粒的进一步粗化在1 250 ℃以下难以有效进行。在此基础上,为了明确装炉温度对加热后奥氏体晶粒结构的影响,对模拟热装再加热过程中的晶粒结构演变进行了试验探究。结果表明,高于珠光体形成温度热装时,轧前奥氏体晶粒结构与冷却前一致;而低于此温度热装时,在奥氏体化后出现大量的新生细小晶粒。后者得到的混晶结构在继续加热至均热温度的过程中发生反常晶粒生长,导致最终组织较冷却前更为粗大。     

板坯连铸二冷计算机仿真的研究和应用

连铸二冷计算机仿真是准确、迅速预测和分析工艺参数对浇注过程的影响规律以及优化连铸操作工艺参数的重要手段。基于沿拉坯方向上移动的有限薄片层思想,建立板坯连铸凝固传热数学模型,应用面向对象的编程语言Visual Basic 6.0开发了板坯连铸二冷计算机仿真软件,并针对国内某板坯连铸机应用仿真软件对其进行凝固过程模拟、对其二冷凝固过程进行工艺优化。应用红外线测温仪对板坯表面温度进行测试,测试温度与仿真结果吻合较好,说明连铸计算机仿真软件的计算是可靠的。     

板坯连铸机二次冷却系统的仿真分析及优化设计

应用通用的板坯连铸浇注过程静态仿真软件CCPS OFFLINE，对某钢厂板坯连铸机的二次冷却系统进行了数值仿真。结合仿真结果对该铸机现有二冷系统存在的问题进行了分析。基于制定的目标表面温度，采用仿真软件中的二冷水量优化模块，在具体的工艺参数条件下进行了二次冷却水量的优化设计。仿真分析及优化设计结果对于该铸机二次冷却系统的改进具有较好的理论指导意义，可广泛应用于板坯连铸机二冷系统的设计工作中。     

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实验室模拟了不同热送热装温度的Ti微合金化连铸坯热送热装和加热过程,并采用光学显微分析、扫描电镜分析和透射电镜分析等方法,观察了生产条件下连铸坯和粗轧中间坯试样的显微组织,以及实验室条件下不同热履历铸坯试样的显微组织,分析了热送热装连铸坯在粗轧过程中表面裂纹的生成原因。结果表明,经热送热装的连铸坯表面金属中奥氏体晶界处的先共析铁素体膜及沿奥氏体晶界的碳氮析出物可能是导致粗轧过程表面裂纹形成的主要原因。     

Influence of Ti(C,N) precipitates on austenite growth of micro-alloyed steel during continuous casting

Austenite grain size is an important influence factor for ductility of steel at high temperatures during continuous casting. Thermodynamic and kinetics calculations were performed to analyze the characteristics of Ti(C,N) precipitates formed during the continuous casting of micro-alloyed steel. Based on Andersen-Grong equation, a coupling model of second phase precipitation and austenite grain growth has been established, and the influence of second precipitates on austenite grain growth under different cooling rates is discussed. Calculations show that the final sizes of austenite grains are 2.155, 1.244, 0.965, 0.847 and 0.686 mm, respectively, under the cooling rate of 1, 3, 5, 7, and 10 ℃·s~(-1), when ignoring the pinning effect of precipitation on austenite growth. Whereas, if taking the pinning effect into consideration, the grain growth remains stable from 1,350 ℃, the calculated final sizes of austenite grains are 1.46, 1.02, 0.80, 0.67 and 0.57 mm, respectively. The sizes of final Ti(C,N) precipitates are 137, 79, 61, 51 and 43 nm, respectively, with the increase of cooling rate from 1 to 10 ℃·s~(-1). Model validation shows that the austenite size under different cooling rates coincided with the calculation results. Finally, the corresponding measures to strengthen cooling intensity at elevated temperature are proposed to improve the ductility and transverse crack of slab.     

DEVELOPMENT OF COMPUTER SIMULATION SOFTWARE ON PHASE TRANSFORMATION DURING QUENCHING

1.IntroductionThecomputersimulationonphasetransformationduringquenchingreceivedincreasingattentioninrecentyears.Itisofgreatimportancethatthefractionofvariousmicrostructurestransformedofaustenitedecompositionduringcofltinuouscoolingtothepropertiesofsteels.E.B.Hawbolt.t.l[1]measuredthekineticsoftheaustenite-pearlitetransformationunderisothermalandcontinuouscoolingconditionsonaeutectoidcarbonusingdiametraldilatometrictechnique.F.B.M.Fernades.t.lt2]andB.Buchmary.t.l[3]establishedmathematicalmod…     

MODELING OF AUSTENITE GRAIN SIZE IN LOW-ALLOY STEEL WELD METAL

The size of austenite grain has significant effects on components and proportions of various ferrites in low-alloy steel weld metal.Therefore, it is important to determine the size of austenite grain in the weld metal. In this paper, a model based upon the carbon diffusion rate is developed for computing austenite grain size in low-alloy steel weld metal during continuous cooling. The model takes into account the effects of the weld thermal cycles,inclusion particles and various alloy elements on the austenite grain growth.The calculating results agree reasonably with those reported experimental observations.The model demonstrates a significant promise to understand the weld microstructure and properties based on the welding science.     

Modeling austenite decomposition into ferrite at different cooling rate in low-carbon steel with cellular automaton method

The austenite decomposition into ferrite during continuous cooling in low-carbon steel has been investigated with a two-dimensional cellular automaton (CA) approach. In this model, the growth of ferrite grain is controlled by both carbon diffusion and γ–α interface dynamics. In order to predict the growth kinetics of ferrite grain, the coupled carbon diffusion behavior in untransformed austenite and γ–α interface dynamics are numerically resolved. The simulation provides an insight into the carbon diffusion process in retained austenite and microstructure evolution during the transformation. The predicted ferrite growth kinetics and average grain size at different cooling rates are compared with experimental results in the literature and the simulated results show that the final grain size and newly formed ferrite fraction vary with cooling rate. The γ–α interface is stable in the studied cooling rate range (up to 58 °C s⁻¹) in this work, so the simulated morphology of ferrite grain is almost equiaxed, which is not influenced by the anisotropy of the hexagonal mesh in this CA model.     

A cellular automaton investigation of the transformation from austenite to ferrite during continuous cooling

A cellular automaton model has been employed to investigate the transformation from austenite to ferrite in low carbon steels during continuous cooling. An important aspect of this approach is the implementation of incorporating local concentration changes into a nucleation or growth function, which is utilized by the automaton in a probabilistic fashion. The modeling gives a visual insight into the effect of cooling conditions on this transformation. The final nucleation number, the number of ferrite grains per austenite grain, ferrite grain size and the kinetics of ferrite formation are obtained as a function of the cooling rate or the undercooling temperature.     

THE MECHANISM OF NON-EQUILIBRIUM SEGREGATION OF BORON TO AUSTENITE GRAIN BOUNDARIES

业已证实,淬火硼钢中硼向奥氏体晶界的偏聚,是在冷却过程中发生的一种非平衡的晶界偏聚。本文通过解变温扩散方程,导出了非平衡晶界偏聚的理论公式,建立了晶界贫硼区宽度与淬火加热温度、冷却速度以及非平衡晶界偏聚扩散激活能与扩散常数之间的关系,理论预言与实验结果较好地吻合。 根据实验结果和理论分析,提出这种非平衡晶界偏聚的机制,是在冷却过程中,过饱和空位或双空位带着硼原子向晶界(空位阱)迁移的结果。 基于这种非平衡晶界偏聚的新概念,可以较完满地说明影响硼钢淬透性的众多复杂因素。