T10A高碳钢连铸坯凝固组织热模拟研究

利用连铸坯凝固过程热模拟装置研究了过热度、冷却强度和强制对流对200 mm厚高碳T10A钢连铸坯凝固组织的影响。正交试验显示高碳T10A钢的凝固组织对工艺参数非常敏感,等轴晶率在0~65%之间剧烈变化。其中,强烈冷却和低过热度会导致穿晶组织,高过热度配合弱冷可获得较高等轴晶率,但需要降低拉坯速率。过热度为20~40℃配合适当的冷却条件能够获得约50%的等轴晶率,可兼顾铸坯质量和生产效率。     

连铸工艺参数对高碳钢小方坯凝固组织的影响

通过CAFE模型,对SWRH82B钢小方坯的凝固组织进行数值模拟,研究了中间包钢水过热度、连铸坯拉速、二冷比水量对铸坯凝固组织的影响规律。结果表明,钢液过热度从5℃增加到45℃,铸坯的等轴晶率从39.7%不断减小到23.1%,晶粒尺寸变大;过热度为25~35℃时,等轴晶率和晶粒尺寸变化小。二冷比水量从0.5 L/kg增加到0.8 L/kg时,铸坯等轴晶率逐渐从34.4%减小到29.2%,但是晶粒尺寸不断变大。比水量达到0.8 L/kg后,继续增加将不再减小铸坯等轴晶率,但是会细化晶粒。拉速从1.25 m/min提高到2.25 m/min,铸坯等轴晶率由29.1%不断增大到38.3%,晶粒也随之不断细化。     

过热度对HRB400凝固传热的数值模拟研究

以首钢水城钢铁典型钢种的连铸凝固传热过程为研究对象,应用Procast软件对HRB400,150方坯连铸的凝固传热过程进行数值模拟,研究钢水过热度对铸坯液芯长度和铸坯凝固质量的影响。研究表明：过热度每增加10 ℃,液芯长度延长0.404 m。随着过热度的增加,拉矫区高温区域不断增大,铸坯表面裂纹减少,但中心疏松和偏析增加;HRB400钢液浇注温度应控制在1 552 ℃以下,既可以保证铸坯内部质量又可以减少表面裂纹的发生。     

连铸工艺对方坯凝固组织影响的数值模拟

铸坯凝固组织特征对于连铸坯粗坯质量具有重要影响。通过建立重轨钢U71Mn方坯连铸过程中传热和凝固组织模拟数学模型,研究了CA模型特征参数和连铸操作工艺参数对于凝固组织特征的影响规律。研究结果表明：平均形核过冷度控制柱状晶区域,随着该值的增大,柱状晶区域也随之增大;最大形核密度控制晶粒尺寸,该值越大晶粒的尺寸则越小。连铸拉坯速度波动在±0.5m/min时,最终铸态组织特征并没有明显变化,而浇注温度对于最终铸坯组织结构具有较大的影响,晶粒平均半径由15℃的1.555mm增加到45℃的1.721mm,并且中心等轴晶比例逐渐减小。因此,连铸生产过程中,在满足钢液顺利浇注的条件下,降低浇注钢液的过热度会很大程度上改善重轨钢内部组织结构,提高铸坯内部质量。     

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。     

连铸坯凝固过程的数值模拟研究

研究了拉速和过热度相关工艺参数对铸坯温度场的影响规律,利用Fluent软件模拟石油套管用钢37Mn5铸坯的连铸凝固过程,分析了连铸坯凝固传热过程的温度场。讨论了不同过热度和拉坯速度条件下铸坯温度场的分布情况。总结了连铸圆坯凝固过程的传热特点,优化了工艺参数。结果表明,优化后的工艺参数可以指导生产实践。     

连铸工艺参数对薄板坯热应力的影响

采用ANSYS软件对薄板坯连铸机漏斗型结晶器内钢液的凝固过程进行模拟,分析拉坯过程中坯壳的热应力状况,并引入了成裂指数的概念.研究表明,当拉速为4.0 m/min,过热度在14℃时,铸坯越接近结晶器出口时,裂纹越易产生于坯壳宽面中心位置;过热度对薄板坯在结晶器内热应力场的分布影响不大;在钢液凝固初期,适当提高拉速有利于减少角部产生裂纹的可能性.     

20CrMnTi连铸大方坯凝固规律的模拟计算

利用ANSYS软件建立了结晶器内钢水凝固传热及弹塑性应力分析有限元模拟模型。模拟计算出20CrMnTi大方坯在不同拉速和过热度下铸坯在结晶器内的凝固情况,并讨论了对铸坯质量的影响。结果表明：在相同的过热度下增加拉速或相同的拉速下增加过热度,铸坯的表面温度升高,坯壳厚度减小,沿结晶器高度方向上的收缩量减小,增大了出现中心疏松、中心偏析和缩孔的趋势。为较好地控制铸坯质量,在生产中过热度稳定在10～25 ℃,相应的拉速稳定在0.75 ～0.85 m/min。     

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。     

Zn-5%Al合金定向凝固液固界面形态分析

对Zn-5%Al合金在不同液淬下拉速率和过热状态下的定向凝固液固界面形态进行了研究。结果表明,当合金熔体的过热温度分别为较低和较高时,随着液淬下拉速率的增加,定向凝固界面形态变化与一般的界面形态演化相比各自表现为相符和相异;定向凝固界面稳定性变化存在着若干个由液淬下拉速率和过热状态互相制约决定的分界点。     

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。     

模拟过热度对易切削钢9SMn28硫偏析的影响

应用有限体积法,耦合溶质场、流场、温度场,模拟了易切削钢9SMn28中硫的分布,研究了过热度对该合金硫偏析的影响.结果显示,S浓度变化随凝固的进行而变化,最大偏析度为2.42,与实际铸件S的分布趋势一致;当易切削钢9SMn28浇注温度在1 808～1 813 K时,最大偏析度略小,偏析略有改善.     

基于3D-CAFE法的连铸Ag-28Cu合金凝固组织的数值模拟

基于3D-CAFE法对连铸法制备的Ag-28Cu合金的凝固组织进行了模拟,研究了表面换热系数、浇注温度和拉速对凝固组织的影响。结果表明,增大表面换热系数、降低浇注温度、提高拉速,可起到细化晶粒的效果。在最佳工艺条件为表面换热系数1800 W/(m2·K)、浇注温度830℃、拉速1.5 m/min时,Ag-28Cu合金的凝固组织等轴晶比例最大,且晶粒较细。     

Phase field lattice Boltzmann model for non-dendritic structure formation in aluminum alloy from LSPSF machine

The formation of non-dendritic structures in the primary phase of an aluminum alloy solidified using low superheat pouring with a shearing field (LSPSF) machine was investigated by numerical simulation. The growth and motion of a dendrite during solidification was simulated by a combination of the lattice Boltzmann method and the phase field method. The simulation results indicated that enough shear flow helped homogenize the concentration fields, rotate crystals and altere microstructures from dendritic to non-dendritic. The interaction of grains was also discussed. A fragmentation criterion was established based on partial remelting of dendrite arms; fragmentation was enhanced by a strong shear flow and larger inclined angles. The simulation results were verified experimentally.     

16MnCr5钢大马力柴油机凸轮轴渗碳淬火组织演变

通过光学显微镜、扫描电镜、XRD测试、硬度梯度测试等研究16MnCr5低碳合金钢凸轮轴渗碳淬火+低温回火后沿径向的显微组织和硬度。结果表明,940 ℃强渗适用于16MnCr5钢凸轮轴,显微组织沿凸轮轴径向变化明显,渗碳层表面组织为高碳的针状马氏体和10%左右的残留奥氏体,表层硬度可达750 HV,有效硬化层深度可达1.5 mm以上,基体组织为贝氏体和低碳马氏体的混合组织。